JPH09250912A - パターン測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スループットの向上により、インラインでの
使用にも十分適用できるパターン測定装置を提供する。 【解決手段】 撮像手段１４による被検体１６上のパタ
ーンの撮像がステージ１８の移動中に行なわれた場合、
ステージ１８の位置が位置検出手段２０によって検出さ
れ、制御手段（３８、３４）によって位置検出手段２０
の出力に基づいて撮像領域からの反射光束が受光面上で
最適速度でステージ移動方向に対応する方向に相対走査
されるように走査手段２８が制御される。このため、ス
テージ１８の等速移動中は勿論、加減速中でも常に撮像
手段１４の受光面上では常に最適の速度（又は静止状
態）で画像の取り込みが行なわれるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パターン測定装置
に係り、更に詳しくは半導体ウエハ又はその原板となる
マスク、レチクルあるいは液晶用基板上の微小パターン
の線幅測定、欠陥検査用として好適なパターン測定装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造プロセスにおけるウエ
ハのパターンやその原板となるマスク、レチクル、ある
いは液晶基板とりわけＴＦＴ液晶基板上における、パタ
ーンの検査・測定装置では、検査工程の重要性及び頻度
の増加に伴って装置の処理スピードがますます重要にな
ってきた。特に、インラインでの検査・測定装置にあっ
ては、製造機と同様の使われ方をするために、より高速
な処理を行なう装置の出現が待望されている。

【０００３】通常、測定装置のパターン検出系では、高
倍率の顕微鏡を用いて結像光をイメージ撮像素子で検出
するか、レーザ光を走査しつつパターン面からの反射あ
るいは回折光を光電変換素子で検出する方法が採られて
いる。いずれの場合でも、予め決められた測定点へウエ
ハ等の被検体が載置されたステージが移動し、焦点合わ
せを実行後、被検パターンの画像又は信号を検出するも
のである。従って、ステージの移動（位置決めを含む）
→自動焦点合わせ→測定を繰り返すいわゆるステップア
ンドリピート方式で行うことが多い。

【０００４】これに対して、ウエハやレチクル又は液晶
基板上の全面パターンを検査する場合は、１次元の撮像
素子（ＣＣＤラインセンサ）やレーザ走査とステージの
動きとを同期させて、画像又は信号を検出する方法を採
用することが多く、かかる場合には、ステージを連続的
に走査する方式が採用される。

【０００５】装置の処理スピードを上げるべく、測定シ
ーケンスの高速性という観点からは、ステージは停止す
ることなく画像信号を取り込めるほうがよい。具体的に
は、ステージが連続移動中に、測定点の位置の座標付近
で、光学画像を取り込むことになる。

【０００６】そのために以下、次の３つの方法が考えら
れる。

【０００７】 ステージモニタを常に読み込みなが
ら、測定点の目標位置にきたら、ＣＣＤカメラの電子シ
ャッターを使いその時の画像を取り込む。

【０００８】 ステージモニタを常に読み込みなが
ら、測定点の目標位置にきたら、ストロボ照明光を使い
ＣＣＤカメラでその時の画像を取り込む。

【０００９】 １次元ＣＣＤ（Ｘ方向）の信号をステ
ージの（Ｙ方向）走査と同期して取り込む。この場合、
一度に取り込めるのは、パターン像の１ライン分である
が、１次元ＣＣＤの主走査と共にステージの移動によっ
て副走査がおこなわれているので、２次元の画像を取り
込むことが可能である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の方法にあっては、ＮＴＳＣ（National Television Sy
stem Committee）規格では、１フレームの画像取り込み
に３３ｍｓｅｃかかるので、その間に許容されるブレ以
下にする必要があることから、ステージの速度が極端に
遅くなってしまうという不都合がある。

【００１１】また、上記の方法では、ストロボの発光
時間は、１μｓｅｃ以下にもできるので、ステージスピ
ードの点では、よりも有効であるが、通常測定用の光
学系の倍率は高いため、カメラの受光感度から必要にな
る光量は、ストロボ照明では輝度が不十分となり、実用
的ではない。

【００１２】さらに、上記の方法にあっては、ＣＣＤ
面上での反射光輝度とＣＣＤの感度とに基づいてＣＣＤ
の蓄積時間が決まり、これによってステージの最高速度
が制限されるという不都合がある。

【００１３】このように、従来の方法では、いずれの場
合であっても、大幅なスループットの向上は期待できな
かった。

【００１４】本発明は、かかる従来技術の有する不都合
に鑑みてなされたもので、その目的は、スループットの
向上により、インラインでの使用にも十分適用できるパ
ターン測定装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るパターン測定装置は、照明光源と；前記照明光源か
ら出射される照明光を被検体に照射し、当該被検体上の
所定の照明領域を照明する照明光学系と；前記被検体を
保持すると共に所定方向に移動するステージと；前記ス
テージの位置を検出する位置検出手段と；前記被検体上
の前記照明領域に含まれる撮像領域からの反射光束を結
像位置で受光すると共に受光面上に結像されたパターン
の像に対応する画像信号を出力する撮像手段と；前記撮
像領域からの反射光束を前記受光面上で前記ステージ移
動方向に対応する方向に相対走査する走査手段と；前記
ステージの移動時に前記位置検出手段の出力に基づいて
前記撮像領域からの反射光束が前記受光面上で最適速度
で相対走査されるように前記走査手段を制御する制御手
段とを有する。

【００１６】これによれば、照明光学系では照明光源か
ら出射される照明光をステージ上に保持された被検体に
照射し、当該被検体上の所定の照明領域を照明する。撮
像手段では、被検体上の照明領域に含まれる撮像領域か
らの反射光束を結像位置で受光すると共に受光面上に結
像されたパターンの像に対応する画像信号を出力する。

【００１７】ここで、このような撮像手段による被検体
上のパターンの撮像がステージの移動中に行なわれた場
合、ステージの位置が位置検出手段によって検出され、
制御手段によって位置検出手段の出力に基づいて撮像領
域からの反射光束が受光面上で最適速度でステージ移動
方向に対応する方向に相対走査されるように走査手段が
制御される。このため、ステージの等速移動中は勿論、
加減速中でも常に撮像手段の受光面上では常に最適の速
度（又は静止状態）で画像の取り込みが行なわれるよう
になる。従って、被検体（例えば、ウエハ、レチクルあ
るいは液晶プロセス基板等）のパターンの自動測定に際
して、高速でステージ移動しながら、画像や検出信号を
検出することができ、高いスループットでパターン測定
を実行できる。

【００１８】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
パターン測定装置において、前記撮像手段としてＣＣＤ
カメラが用いられ、前記制御手段が、前記ステージの移
動時に前記位置検出手段の出力に基づいて前記撮像領域
からの反射光束が前記受光面上で相対的に停止するよう
に前記走査手段を制御することを特徴とする。

【００１９】これによれば、制御手段が、ステージの移
動時に位置検出手段の出力に基づいて撮像領域からの反
射光束が受光面上で相対的に停止するように走査手段を
制御する。このため、ステージの高速移動中であっても
撮像手段では静止状態の画像取り込みが可能になり、Ｃ
ＣＤカメラでの１フレームの画像取り込みに３３ｍｓｅ
ｃかかってもブレを考慮する必要がなくなるので、ステ
ージの速度が制約を受けなくなる。

【００２０】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
記載のパターン測定装置において、前記位置検出手段は
前記ステージの２次元方向の移動位置を検出可能で、前
記走査手段は前記撮像領域からの反射光束を前記受光面
上で前記ステージの移動方向に対応する２次元方向に相
対走査可能であり、前記制御手段が、前記位置検出手段
の出力に基づいて前記ステージの位置の変化に応じて前
記受光面上で前記反射光束が最適速度で前記２次元方向
に相対走査されるように前記走査手段を制御することを
特徴とする。

【００２１】これによれば、ステージを２次元平面内で
自由に移動させながら、撮像手段により画像の取り込み
を行なう場合にも、位置検出手段によりステージの２次
元方向の移動位置が検出され、制御手段が、位置検出手
段の出力に基づいてステージの位置の変化に応じて受光
面上で反射光束が最適速度で２次元方向に相対走査され
るように走査手段を制御する。このため、ステージが２
次元平面内のいずれの方向に移動中であっても、撮像手
段の受光面上では常に最適の速度（又は静止状態）で画
像の取り込みが行なわれるようになる。従って、請求項
１の場合に比較してもより一層高スループットでのパタ
ーンの測定が行なうことが可能になる。

【００２２】

【実施例】

《第１実施例》以下、本発明の第１実施例を図１ないし
図４に基づいて説明する。図１には、第１実施例に係る
パターン測定装置１０の構成が概略的に示されている。

【００２３】このパターン測定装置１０は、照明光源１
２、照明光学系、撮像手段としての１次元のＣＣＤイメ
ージセンサ１４、当該のＣＣＤイメージセンサ１４の受
光面に被検体１６上の撮像領域のパターンの像を結像さ
せる結像光学系、被検体１６が載置されるステージ１
８、及びこのステージ１８の移動位置を検出する位置検
出手段としてのレーザ干渉計２０等を備えている。

【００２４】照明光源としては、インコヒーレントな光
を出射する光源、例えば白熱電球が使用されている。

【００２５】前記照明光学系は、照明光源１２からの光
を集光する水平方向の光軸を有する集光レンズ２２と、
この集光レンズ２２により集光された光を鉛直下方に向
けて折曲げるビームスプリッタ２４と、このビームスプ
リッタ２４で折曲げられた光の光路上に配置された対物
レンズ２６とによって構成されている。対物レンズ２６
の光軸は鉛直方向（Ｚ方向）とされている。

【００２６】結像光学系は、対物レンズ２６と、ビーム
スプリッタ２４の上方に配置された走査手段としてのオ
プチカルスキャナー（又はガルバノミラー）２８と、こ
のオプチカルスキャナー２８とＣＣＤイメージセンサ１
４との間に配置された第２対物レンズ３０とによって構
成されている。ＣＣＤイメージセンサ１４は、対物レン
ズ２６及び第２対物レンズ３０から成る系に関し被検体
１６表面と共役な位置にその受光面が配置され、紙面直
交方向（Ｘ方向）に沿って延設されている。オプチカル
スキャナー２８は、第２対物レンズ３０の瞳位置でかつ
対物レンズ２６の瞳と共役の位置に配置されている。ま
た、このオプチカルスキャナー２８は、紙面に直交する
Ｘ軸回りに図示しないモータを含む駆動手段によって揺
動されるようになっている（矢印Ａ参照）。

【００２７】前記ステージ１８は、駆動系３２によって
図１の左右方向（Ｙ方向）及び紙面直交方向（Ｘ方向）
に駆動されるようになっており、この駆動系３２はＣＰ
Ｕ（中央処理装置）３４によって制御されるようになっ
ている。

【００２８】前記レーザ干渉計２０は、ステージ１８の
Ｙ方向の移動位置を検出するもので、図１では図示を省
略したが、実際にはステージ１８のＸ方向の移動位置を
検出するレーザ干渉計も設けられ、これらのレーザ干渉
計の出力はＣＰＵ３４によってモニタされている。

【００２９】レーザ干渉計２０の出力段にはレーザ干渉
計２０から出力される位置情報（信号）を微分してステ
ージ１８のＹ方向の速度情報（信号）に変換する速度変
換部３６が設けられている。なお、この速度変換部３６
は、例えばレーザ干渉計２０がステージ位置に応じたパ
ルスを出力するものである場合は、パルスをカウントす
るカウンタを用いて構成しても良い。

【００３０】速度変換部３６の出力は、前述したオプチ
カルスキャナー２８の駆動手段（図示省略）を制御する
スキャナー制御部３８に送出されると共にＣＰＵ３４に
よっても常時モニタされるようになっている。スキャナ
ー制御部３８は、ＣＰＵ３４の管理下にあり、ＣＰＵ３
４からオプチカルスキャナー２８の揺動速度の目標値設
定のためのオフセット指令値が入力されるようになって
いる。なお、レーザ干渉計２０としてステージ１８の速
度情報を直接出力するものを用いる場合には、速度変換
部３６は省略することができる。かかる場合には、当該
干渉計の出力がスキャナー制御部３８に入力されると共
にＣＰＵ３４によっても常時モニタされることになる。

【００３１】前記ＣＣＤイメージセンサ１４の出力段に
は、当該イメージセンサ１４から出力される画像信号
（アナログ信号）をディジタル変換するＡ／Ｄコンバー
タ４０が設けられ、このＡ／Ｄコンバータ４０の出力段
には、書き込み可能なメモリ４２が設けられている。Ａ
／Ｄコンバータ４０はＣＰＵ３４からのクロックのタイ
ミングで動作する。

【００３２】前記オプチカルスキャナー２８の揺動位置
（揺動角度）は、スキャナー位置モニタ４４によって検
出されるようになっている。このスキャナー位置モニタ
４４は、例えば、オプチカルスキャナー２８の揺動軸に
取り付けられた図示しないロータリ・エンコーダで構成
することができる。あるいは、オプチカルスキャナー２
８の反射面の裏面側に光を照射し、その反射光の受光位
置に基づいてオプチカルスキャナー２８の揺動角度（揺
動位置）を検出する光学式のセンサによって構成しても
良い。

【００３３】スキャナー位置モニタ４４の出力段には、
このスキャナー位置モニタ４４からの位置情報を微分し
てスキャナーの速度情報に変換する演算処理部４６が設
けられている。この演算処理部４６の出力は、ＣＰＵ３
４に読み取られ、オプチカルスキャナー２８の速度が常
に監視されている。

【００３４】更に、本実施例では、自動焦点位置合わせ
機構（オートフォーカス機構）が設けられている。この
オートフォーカス機構は、例えば、ビームスプリッタ４
８及び対物レンズ２６を介して光束を被検体１６表面に
照射し、被検体１６からの反射光を受光してオートフォ
ーカスサーボ信号（いわゆるＳカーブ信号）を出力する
いわゆるＴＴＬ方式のスリット投影式の焦点検出系５０
と、この焦点検出系５０から出力されるオートフォーカ
スサーボ信号に基づいて図示しないモータを駆動し対物
レンズ２６を上下方向に動かすことにより被検体１６と
対物レンズ２６の間隔を調整する調整機構１８とによっ
て構成される。なお、焦点検出系としていわゆる射入射
光式その他の焦点検出系を用いてく、また、調整機構と
してステージ１８を上下動する機構を用いてもよいこと
は勿論である。

【００３５】次に、上述のようにして構成された本第１
実施例のパターン測定装置１０の作用について説明す
る。

【００３６】照明光源１２からのインコヒーレントな光
束は、集光レンズ２２で集光され、ビームスプリッタ２
４でステージ１８方向に向けて反射され、対物レンズ２
６を介して被検体１６上に照射される。

【００３７】被検体１６表面の対物レンズ２６の結像面
からの焦点ずれ量が焦点検出系５０によって検出され、
この焦点ずれ量が零若しくは所定値以下となるように調
整機構５２によって対物レンズ２６が上下動され、この
ようにしていわゆるオートフォーカスが行なわれ、被検
体１６のパターン面が対物レンズ２６の焦点深度内に存
在するようにされている。このオートフォーカスは、ス
テージ１８の移動中であっても支障なく行なわれる。

【００３８】照明光学系により照明された被検体１６上
の照明領域（対物レンズ２６の視野）の一部である所定
の撮像領域からの反射光の光束（以下、「反射光束」と
いう）がオプチカルスキャナー２８によって反射され、
第２対物レンズ３０を通ってＣＣＤイメージセンサ１４
に受光され、ＣＣＤイメージセンサ１４の受光面上に撮
像領域内のパターンの像が結像する。なお、前述した如
く、オプチカルスキャナー２８は、対物レンズ２６の瞳
と共役位置でかつ第２対物レンズ３０の瞳位置に配置さ
れているため、オプチカルスキャナー２８によって撮像
領域からの反射光束が走査されてもいわゆるテレセン性
が保たれ、ＣＣＤイメージセンサ１４の受光面に対して
撮像領域からの反射光束は常に垂直に入射する。

【００３９】ＣＣＤイメージセンサ１４では、反射光束
を受光して光電変換し、例えば、図２に示されるような
画像信号を出力する。この画像信号がＡ／Ｄコンバータ
４０によりＣＰＵ３４からのクロックに同期して所定の
サンプリング間隔でＡ／Ｄ変換され、メモリ４２上に書
き込まれる。

【００４０】従って、ステージ１８がＹ方向に移動する
と、Ｘ方向の１次元ＣＣＤイメージセンサ１４からの画
像信号が順次メモリに書き込まれ、メモリ内には２次元
の画像情報が格納されることになる。ステージ１８は、
ＣＰＵ３４の制御下にある駆動系３２によって駆動さ
れ、そのＹ方向の移動位置はレーザ干渉計２０によって
検出されている。

【００４１】このレーザ干渉計２０の出力は速度変換部
３６によってステージ１８の速度情報（信号）に変換さ
れ、スキャナー制御部３８に送出される。速度変換部３
６の出力はＣＰＵ３４によっても常時モニタされてお
り、ＣＰＵ３４では、この出力に基づいてステージ１８
のＹ方向移動位置、移動速度をモニタすると共に、必要
に応じて、オプチカルスキャナー２８の揺動速度の目標
値設定のためのオフセット指令値をスキャナー制御部３
８に送出する。

【００４２】スキャナー制御部３８では、オフセット指
令値が０ならば、速度変換部３６からの速度情報に応じ
てオプチカルスキャナー２８を駆動する。これにより、
オプチカルスキャナー２８がステージ１８の移動に完全
に追随して駆動され、ＣＣＤイメージセンサ１４の受光
面上で静止像が結像され、特定のライン上の信号がＡ／
Ｄコンバータ４０により取り込まれる。一方、オフセッ
ト値が０でない場合には、スキャナー制御部３８では、
そのオフセット指令値に対応した速度で受光面上で反射
光束が等速移動するようにオプチカルスキャナー２８を
駆動する。

【００４３】ここで、ＣＰＵ３４及びスキャナー制御部
３８によるオプチカルスキャナー２８の駆動制御の原理
について図３に基づいて詳述する。図３（Ａ）には、パ
ターン測定装置１０の主要な構成部分が示されている。

【００４４】前述した如く、ステージ１８の移動速度
は、ＣＣＤイメージセンサ１４の受光面上での反射光束
の輝度とＣＣＤイメージセンサ１４を構成する各ＣＣＤ
の感度とによってＣＣＤの蓄積時間が決まることによっ
て制限される。この時のステージ１８の最適走査速度を
ＶC とする。

【００４５】ステージ１８が移動しているとき、オプチ
カルスキャナー２８を図３（Ａ）の実線位置に固定した
ままにすると、被検体１６上の撮像領域からの反射光
は、同図に点線ａで示されるようにＣＣＤイメージセン
サ１４の受光面上で下方に走査される。このとき、仮
に、ステージ１８が速度ＶC で等速移動をしているとす
ると、同図（Ｂ）のような画像の取り込みが行なわれ
る。これに対し、ステージ１８が速度関数ＶS （ｔ）で
加速しながら高速移動している時に、オプチカルスキャ
ナー２８を図３（Ａ）の実線位置に保持したまま画像を
取り込むと、同図（Ｃ）のようになる。そこで、ステー
ジ１８の走査と同期してをオプチカルスキャナー２８に
よって反射光束を受光面上で上方に走査することによっ
て、ステージ１８の移動に起因する反射光束の走査速度
とオプチカルスキャナー２８の揺動に起因する反射光束
の走査速度の差によって定まるＣＣＤイメージセンサ１
４の受光面上での反射光束の相対走査速度が最適走査速
度ＶC になるようにすれば、同図（Ｂ）に示されるよう
な画像の取り込みが行なわれる。

【００４６】従って、ＣＰＵでは、Ｖ（ｔ）＝ＶS
（ｔ）−ＶC となるような速度で反射光束（この光束に
よって結像される像）が相対走査されるように、オフセ
ット量を設定する。これにより、スキャナー制御部３８
によりこのオフセット量に応じた速度でオプチカルスキ
ャナー２８の速度制御が行なわれ、ステージ１８の移動
速度が最適速度ＶC より大幅に速い場合でも信号の取り
込みが可能となる。即ち、ＣＣＤイメージセンサ１４か
ら２次元の画像信号が出力され、その画像信号に対応す
る画像データがメモリ４２に書き込まれることになる。

【００４７】上述した如く、ＣＣＤイメージセンサ１４
の受光面上では反射光束は常に一定速度の動きになるの
で、原則的には、ＣＣＤの取り込みのタイミングは一定
間隔でよい。

【００４８】メモリ４２上に取り込まれた、ディジタル
データは、種々の測定アルゴリズムにより、ＣＰＵ３４
（又は付随するコプロセッサー）で演算処理され、パタ
ーン線幅等の測定結果としてデータ出力される。具体的
には、図２に示されるような画像信号がＣＣＤイメージ
センサ１４から出力された場合、パターンエッジの位置
に相当する２点Ａ，Ｂが、測定演算用の処理ソフトで検
出され、そのＡ−Ｂ間の距離が、線幅データとしてＣＰ
Ｕ３４によって計算され、出力される。

【００４９】図４には、本第１実施例における測定点
（＋で表記）のマップに対する、ステージ１８の一連の
動きの一例が示されている。この場合、測定点での画像
の取り込みの間は、ステージ１８がＹ方向に動いていな
ければならず、この時スキャナー２８による反射光束の
走査もＹ方向でのみ行なわれる。従って、測定点への移
動の際、Ｙ方向の目標座標に到達する前に、ステージ１
８のＸ方向の位置決めは終了している必要がある。

【００５０】この場合において、測定点と次の測定点と
の間隔が十分に離れている場合は、ステージ１８は殆ど
最高速度で動いたまま、画像取り込みが実行できる。し
かし、ある測定点での画像の取り込みが終了すると、次
の測定点での画像の取り込みに備えてスキャナー２８が
初期位置に戻されるので、測定点間の距離が短い場合は
最高速度のままでは次の測定点でのスキャナー２８の追
従制御が困難となる。このため、測定点間の距離が短い
場合はステージ１８を加減速させる必要がある。かかる
加減速が行なわれる場合であっても、ＣＣＤイメージセ
ンサ１４の受光面上に結像される被検体上の撮像領域の
パターンの像が受光面上で一定速度で走査されるように
することは可能である。

【００５１】例えば、ステージ１８が加速している時に
画像を取り込む場合、ステージ１８の移動と共に、スキ
ャナー１８も同様に加速走査することにより、受光面上
で像が一定速度で動くように補正できる。逆に、ステー
ジ１８の速度がＶC より遅い場合、反射光束を逆方向に
走査することにより、走査速度を増加させればよい。こ
のようにして、ステージ１８の移動は、測定点のマップ
（分布）から想定される、最短の測定ルーチンを考えれ
ばよい。

【００５２】これまでの説明から明らかなように、本第
１実施例ではＣＰＵ３４及びスキャナー制御部３８によ
って制御手段が構成されている。

【００５３】以上説明したように、本第１実施例による
と、正確な位置決めサーボでステージ１８を完全に停止
させて撮像する従来の方式に比べ、格段高速なパターン
の測定が可能となる。

【００５４】なお、上記第１実施例では、対物レンズ２
６の視野に対し照明光は固定である場合を例示したが、
例えば、図５に示されるように、スキャナー２８と第２
対物レンズ３０との間に、ビームスプリッタ５４を配置
すると共に、集光レンズ２２で集光された光束がミラー
５６、ビームスプリッタ５４によって順次反射された
後、スキャナー２８に到達するような構成を採用し、ス
キャナー２８の走査に伴ってパターンを撮像する視野の
位置も同時に動くような構成にしてもよい。このように
すれば、通常広い視野では、周辺の光量は中央部よりも
暗くなるが、照明光は、常に最も明るい中央部を使うこ
とができる。

【００５５】また、上記実施例では、被検体１６上の撮
像領域からの反射光束を走査する走査手段としてオプチ
カルスキャナーのような角度偏向系を採用する場合を例
示したが、本発明がこれに限定されることはない。走査
手段は、結果としてＣＣＤイメージセンサ１４のような
撮像素子の受光面上で、反射光束により結像される像の
Ｙ方向の相対速度を調整できればよいので、そのための
手段はピエゾ素子等の駆動素子によって反射光学部材
（ミラー、プリズム等）を平行駆動することにより反射
光束を平行走査するようなものであってもよい。

【００５６】図６には、スキャナー２８Ａとして矢印Ｂ
で示されるようにステージ１８の移動方向に沿ってピエ
ゾ素子等によって並進駆動される並進駆動系のものが採
用されたものが示されている。このスキャナー２８Ａ
は、対物レンズ２６の光軸に対して４５度傾斜した相互
に直交する反射面を有する。この場合、スキャナー２８
Ａにより第２対物レンズ３０を通過後の反射光束を平行
走査する構成となっている。これは、撮像素子としての
ＣＣＤイメージセンサ１４そのものをピエゾ素子で並進
駆動すると、被検対表面と共役な結像位置（受光面）で
は倍率がかかっていることが多いので、その分だけ高速
に走査しなければならなくなるが、結像光学系の中間結
像点で、倍率があまりかかっていない位置で並進駆動す
る方が容易だからである。ピエゾ素子は高速度でかつ推
進力もある。また平行に駆動するので、その位置モニタ
として干渉計を使うことにより、正確な読み取りが実行
できる。

【００５７】《第２実施例》次に、本発明の第２実施例
を図７ないし図８に基づいて説明する。ここで、前述し
た第１実施例と同一若しくは同等の構成部分について
は、同一の符号を付すと共にその説明を簡略にし若しく
は省略するものとする。

【００５８】図７には、第２実施例のパターン測定装置
７０の構成が概略的に示されている。この第２実施例
は、走査手段としてのＸ方向走査用のオプチカルスキャ
ナー２８ＡとＹ方向走査用のオプチカルスキャナー２８
Ｂとが設けられている点、及び撮像手段として２次元撮
像素子であるＣＣＤカメラ１４Ａが使用されている点に
特徴を有する。

【００５９】これによれば、ステージ１８が停止してい
るとき、被検体１６の撮像領域からの反射光束は対物レ
ンズ２６を介してビームスプリッタ４８で反射され、リ
レーレンズ７２Ａ、７２Ｂを介してＸ方向走査用のオプ
チカルスキャナー２８Ａに入射する。次に、この反射光
束はオプチカルスキャナー２８Ａで反射されリレーレン
ズ７２Ｃ、７２Ｄを介してＹ方向走査用オプチカルスキ
ャナー２８Ｂに入射し、ここで反射されてビームスプリ
ッタ２４及び第２対物レンズ３０を介してＣＣＤカメラ
１４Ａの受光面で受光される。これにより、撮像領域の
パターンの像がＣＣＤカメラ１４Ａの受光面に結像され
る。

【００６０】ここで、ステージ１８が図におけるＸ方向
に移動すると、点Ｏを中心とする撮像領域からの反射光
束は、ＣＣＤカメラ１４Ａの受光面上で図示の矢印Ｃ方
向に沿って移動する。オプチカルスキャナー２８Ａは、
この反射光束をＣＣＤカメラ１４Ａの受光面上で図示の
矢印Ｃ方向に沿って走査すべく、軸Ｅ回りに揺動可能に
構成されている。

【００６１】ステージ１８が図におけるＹ方向に移動す
ると、点Ｏを中心とする撮像領域からの反射光束は、Ｃ
ＣＤカメラ１４Ａの受光面上で図示の矢印Ｄ方向に沿っ
て移動する。オプチカルスキャナー２８Ｂは、この反射
光束をＣＣＤカメラ１４Ａの受光面上で図示の矢印Ｄ方
向に沿って走査すべく、軸Ｅに直交する軸Ｆ回りに揺動
可能に構成されている。

【００６２】なお、本第２実施例では、集光レンズ２２
から対物レンズ２６に至る光路上にオプチカルスキャナ
ー２８Ａ、２８Ｂが位置しているので、スキャナー２８
Ａ、２８Ｂの走査に伴ってパターンを撮像する視野の位
置も同時に動くような構成になっている。

【００６３】また、ステージ１８のＸ方向、Ｙ方向位置
は、レーザ干渉計２０ｘ、２０ｙによってそれぞれ検出
されるようになっており、これらのレーザ干渉計の出力
が速度変換部３６でＸ方向速度情報、Ｙ方向速度情報に
変換されるようになっている。スキャナー制御部３８で
は、これらの速度情報に基づいて第１実施例と同様にし
てオプチカルスキャナー２８Ａ、２８Ｂを制御すること
により、反射光束のＣＣＤカメラ１４Ａの受光面上での
走査速度を制御するようになっている。但し、この場
合、撮像手段としてＣＣＤカメラ１４が使用されている
ことから、受光面上では像は停止することが望ましく、
このためＣＰＵ３４では、オフセット指令値として零を
設定し、このため、オプチカルスキャナー２８Ａ、２８
Ｂがステージの２次元方向の移動に完全に追随して制御
され、ステージの２次元方向の移動の影響を受けること
なく、ＣＣＤカメラ１４の受光面上では撮像領域のパタ
ーン像が静止した状態で撮像される。

【００６４】このように、本第２実施例では、ステージ
の２次元方向移動に完全に追従してオプチカルスキャナ
ー２８Ａ、２８Ｂを駆動することにより、ステージの２
次元方向移動中にパターン像を静止画像として取り込む
ことが可能となり、ステージ１８が次の測定点へ移動の
際、斜めに走りながらでも画像を取り込むことができ
る。従って、例えば図８に示されるような、移動シーケ
ンスとなり、第１実施例に比較してもさらに高速なパタ
ーン幅等の測定が達成可能となる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被検体（例えばウエハ、レチクルあるいは液晶プロセス
基板等）の自動測定に際して、高速でステージ移動しな
がら、画像や検出信号を検出することができ、高いスル
ープットでのパターンの測定が可能になることから、イ
ンラインでの使用にも十分適用できるという従来にない
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るパターン測定装置の構成を概
略的に示す図である。

【図２】図１のＣＣＤイメージセンサから出力される画
像信号の一例を示す線図である。

【図３】図１のＣＰＵ及びスキャナー制御部によるオプ
チカルスキャナーの駆動制御の原理を説明するための図
であって、（Ａ）は図１の装置の主要部を示す図、
（Ｂ）はオプチカルスキャナーが固定状態でかつステー
ジが等速中のＣＣＤイメージセンサの画像取り込みの様
子を示す図、（Ｃ）はオプチカルスキャナーが固定状態
でステージが加速中のＣＣＤイメージセンサの画像取り
込みの様子を示す図である。

【図４】第１実施例における測定点のマップに対する、
ステージの一連の動きの一例を示す図である。

【図５】第１実施例の変形例を説明するための図であ
る。

【図６】第１実施例のその他の変形例を説明するための
図である。

【図７】第２実施例に係るパターン測定装置の構成を概
略的に示す図である。

【図８】第２実施例における測定点のマップに対する、
ステージの移動シーケンスの一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ パターン測定装置 １２ 照明光源 １４ ＣＣＤイメージセンサ（撮像手段） １４Ａ ＣＣＤカメラ（撮像手段） １６ 被検体 １８ ステージ ２０ レーザ干渉計（位置検出手段） ２０ｘ レーザ干渉計（位置検出手段） ２０ｙ レーザ干渉計（位置検出手段） ２２ 集光レンズ（照明光学系の一部） ２４ ビームスプリッタ（照明光学系の一部） ２６ 対物レンズ（照明光学系の一部） ２８ オプチカルスキャナー（走査手段） ２８Ａ オプチカルスキャナー（走査手段） ２８Ｂ オプチカルスキャナー（走査手段） ３４ ＣＰＵ（制御手段の一部） ３８ スキャナー制御部（制御手段の一部） ７０ パターン測定装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 照明光源と；前記照明光源から出射され
   る照明光を被検体に照射し、当該被検体上の所定の照明
   領域を照明する照明光学系と；前記被検体を保持すると
   共に所定方向に移動するステージと；前記ステージの位
   置を検出する位置検出手段と；前記被検体上の前記照明
   領域に含まれる撮像領域からの反射光束を結像位置で受
   光すると共に受光面上に結像されたパターンの像に対応
   する画像信号を出力する撮像手段と；前記撮像領域から
   の反射光束を前記受光面上で前記ステージ移動方向に対
   応する方向に相対走査する走査手段と；前記ステージの
   移動時に前記位置検出手段の出力に基づいて前記撮像領
   域からの反射光束が前記受光面上で最適速度で相対走査
   されるように前記走査手段を制御する制御手段とを有す
   るパターン測定装置。
2. 【請求項２】 前記撮像手段としてＣＣＤカメラが用い
   られ、 前記制御手段が、前記ステージの移動時に前記位置検出
   手段の出力に基づいて前記撮像領域からの反射光束が前
   記受光面上で相対的に停止するように前記走査手段を制
   御することを特徴とする請求項１記載のパターン測定装
   置。
3. 【請求項３】 前記位置検出手段は前記ステージの２次
   元方向の移動位置を検出可能で、前記走査手段は前記撮
   像領域からの反射光束を前記受光面上で前記ステージの
   移動方向に対応する２次元方向に相対走査可能であり、 前記制御手段が、前記位置検出手段の出力に基づいて前
   記ステージの位置の変化に応じて前記受光面上で前記反
   射光束が最適速度で前記２次元方向に相対走査されるよ
   うに前記走査手段を制御することを特徴とする請求項１
   又は２記載のパターン測定装置。