JPH1038526A - レーザ走査式寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長い寸法も短い寸法も、同一の走査光学装置
で同一の精度で測定できる寸法測定装置を実現するこ
と。 【解決手段】 短い距離を高分解能で走査するＦ走査機
構と長い距離を低分解能で走査するＣ走査機構を一つの
走査光学装置に統合した構成で、Ｃ走査をステップ駆動
し、Ｃ走査の移動距離に同期してＦ走査位置をＣ走査の
移動方向に一定距離だけ移動させる。Ｆ走査で検出した
反射光信号を微分した微分信号のピークから被測定物の
エッジを判定し、エッジを検出するまでに行ったＣ走査
の回数で決まるＦ走査の移動距離とＦ走査で検出したエ
ッジ位置の両方のデータから寸法を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微小スポットに集光
したレーザ光を走査して寸法を測定するレーザ走査式の
寸法測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、レーザ走査顕微鏡（以下にＬＳＭ
と略記する）が精密部材の寸法測定、形状測定などに多
く用いられるようになった。図７に従来のＬＳＭの構成
図を示して寸法測定方法を説明する。本例は１次元の寸
法測定の例で、１次元走査の場合を示す。レーザ光源７
０は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光を放射する。レーザ光
の走査を行う走査光学系７１は、走査素子７１０、各種
のレンズ、ミラーなどの光学素子、及びビームスプリッ
ター７１２などから構成される。対物レンズ７２は、レ
ーザ光を微小スポットに集光して寸法が測定される被測
定物７３の面上に照射する。被測定物７３の面上を走査
されるレーザ光は反射されて光路を逆進し、ビームスプ
リッター７１２により反射され、集光レンズ７１４を通
して受光器７４で検出される。

【０００３】寸法算出部７５は、検出された反射光強度
信号を演算処理し、被測定物７３のエッジ７３２、７３
４を検出して寸法を測定する。なお、エッジ検出のため
の演算処理には、反射光の最大強度と最小強度の中間強
度をスライスレベルとして反射光強度信号を２値化する
方法が多く用いられている。この２値化法は、２値化信
号の立ち上がり、立ち下がり位置をエッジ位置とみな
し、エッジ間の移動距離から寸法を測定する。

【０００４】従来のＬＳＭでは走査素子７１０として音
響光学素子（以下ＡＯＤと記載）、あるいはガルバノミ
ラー（以下ＧＭと記載）が多く用いられる。一般的に
は、ＡＯＤとＧＭは同じ程度の走査精度（安定度）を持
っているが、ＡＯＤは回折角度が数度以下、ＧＭはミラ
ー回転角度が数１０度である。ＡＯＤ、ＧＭの走査を制
御する駆動信号源に同じ分解能のＤ／Ａコンバーターを
用いて走査信号を作成した場合、同じ構成の光学系であ
れば、ＧＭはＡＯＤに比べて走査分解能は低下するが、
長い距離を走査する。このように、ＡＯＤとＧＭとでは
走査特性（走査距離と走査分解能）が異なり、短い距離
を精密に走査するときはＡＯＤを使用し、粗くてもよい
から長い距離を走査するときはＧＭを使用する。従来の
レーザ走査顕微鏡では、１次元走査でみた場合、ＡＯ
Ｄ、ＧＭのいずれか一方の走査素子を用いており、測定
目的や走査範囲に応じて使用する走査素子を使い分けて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】被測定物の寸法がＡＯ
Ｄの走査範囲内であれば、ＡＯＤ走査で高精度な寸法測
定ができるが、被測定物の寸法がＡＯＤの走査範囲を超
える場合、ＡＯＤ走査による測定ができなくなり、ＧＭ
走査による測定を行うことになる。レーザ走査式の寸法
測定の場合、寸法測定精度は走査の分解能に依存して決
まるため、走査分解能が低いＧＭ走査の場合は寸法の測
定精度が低下するという問題点が生じる。そのため、Ａ
ＯＤの走査範囲を超える寸法測定の場合、低走査分解能
で走査したときにも高い測定精度が得られるような測定
が必要とされる。また、単一の走査素子を用いたとき
は、短い寸法の測定と長い寸法の測定とでは、使用する
走査素子の選択も含めて走査光学系の構成を変えなけれ
ばならなくなり、測定する寸法範囲に応じた走査光学装
置が必要になるという問題点もある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は以下の構成をなす。第一の距離を精密に走
査するＦ走査の機構と、前記第一の距離よりも長い距離
を前記Ｆ走査よりも粗く走査するＣ走査の機構を一つの
光学系に設け、微小スポットに集光したレーザ光を寸法
が測定される被測定物面上で走査して寸法を測定するレ
ーザ走査式の寸法測定装置であって、前記Ｃ走査を設定
された距離だけステップ的に駆動し、該Ｃ走査のステッ
プ駆動に同期して前記Ｆ走査の走査位置を設定された距
離だけ移動させて前記被測定物面上でのレーザ光の走査
位置を制御するハイブリッド走査制御部と、前記Ｆ走査
の一周期で前記被測定物からの反射光強度信号を検出す
る反射光信号作成部と、前記反射光信号を微分した微分
強度信号を作成する微分信号作成部と、前記微分信号の
ピーク強度の大きさと発生位置を判定して前記被測定物
のエッジの存在を検出するエッジ検出部を設ける。

【０００７】前記Ｆ走査を行ったときに前記エッジ検出
部で前記被測定物のエッジを検出しないときは、前記ハ
イブリッド走査制御部を制御して前記Ｆ走査の走査位置
を設定された距離だけ移動させ、前記エッジ検出部でエ
ッジを検出するまで前記Ｃ走査とＦ走査を交互に繰り返
してレーザ光を走査し、前記エッジ検出部で前記被測定
物のエッジを検出したときは、第一の寸法算出部により
前記被測定物の二つのエッジを検出するまでに前記Ｃ走
査をステップ駆動した回数に応じて移動させられた前記
Ｆ走査の移動距離を算出し、第二の寸法算出部により前
記Ｆ走査の基準位置とエッジによって発生した前記微分
信号のピーク強度位置との間の距離を算出し、前記第一
の寸法算出部と第二の寸法算出部で得られた各々の走査
距離とから前記被測定物の寸法を測定する。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は一つの光学系に走査距離
と走査分解能の異なる二種類の走査機構を統合し、二つ
の走査機構を同期させて交互に駆動して寸法を測定する
構成である。一方の走査はＦ走査と称し、ＡＯＤを用い
て高分解能で短い距離を精密に走査する。他方の走査は
Ｃ走査と称し、ＧＭを用いて低分解能であるがＡＯＤ走
査よりも長い距離を走査する。このとき、二つの走査機
構は共に同一方向へ１次元の走査を行い、一方の走査を
行っているときは他方の走査を一定位置に停止させる。
本発明のレーザ走査式寸法測定装置は上記構成の走査機
構を用い、ＡＯＤの走査範囲を超える寸法をＡＯＤの走
査分解能の精度で測定する。すなわち、ＧＭによるＣ走
査の粗い測定目盛りを、ＡＯＤによるＦ走査の細かい測
定目盛りで補間、補正して高精度化を実現する。

【０００９】この二種類の走査において、ＡＯＤによる
Ｆ走査は設定された短い距離を連続的に走査し、被測定
物のエッジ位置を精密に検出する。ＧＭによるＣ走査は
設定された距離をステップ的に走査し、Ｆ走査の走査位
置を設定された距離だけシフトさせる。このステップ的
にシフトされる距離は、Ｆ走査の走査距離よりも短い距
離とする。そのため、ある距離を重なり合ってＦ走査の
位置が順次シフトしていく。このような互いに異なる走
査を組み合わせたという意味で、本走査をハイブリッド
型走査と称する。

【００１０】被測定物の寸法がＡＯＤの走査範囲を超え
る場合、Ｃ走査の初期設定位置においてＦ走査を行い、
反射光を検出してエッジが存在するか否かを判定する。
そのときのＦ走査位置でエッジが存在しなければ、ステ
ップ的にＣ走査を駆動して被測定物面上でのＦ走査位置
を一定距離移動させる。そのシフトされた位置において
再度Ｆ走査を行ってエッジの存在を判定し、エッジが存
在する位置まで上記の走査を交互に繰り返して行う。

【００１１】一方のエッジを判定したらＣ走査を一時停
止し、そのときのＦ走査の基準位置とエッジ検出位置と
の差の距離Ｌを検出する。次は他方のエッジを検出する
ために上記と同様にＣ走査とＦ走査を交互に行う。他方
のエッジを検出したら、そのときのＦ走査の基準位置と
エッジ検出位置との差の距離Ｒを検出する。両方のエッ
ジを検出するまでに、エッジ間で行ったＣ走査のステッ
プ回数をｎとし、Ｃ走査の１ステップ当たりのＦ走査位
置のシフト距離をＧとすれば、Ｃ走査によるＦ走査の走
査距離はｎＧである。したがって、両方のエッジ間をＦ
走査が走査した距離はｎＧ±Ｌ±Ｒである。なお、上式
の＋、及び−はＦ走査の基準位置とエッジ検出位置との
位置関係によって決まる。この走査距離Ｇ、Ｌ、ＲはＦ
走査の分解能と精度によって決まる距離で、Ｆ走査の精
度で寸法が測定できる。

【００１２】ＡＯＤによるＦ走査で被測定物のエッジを
検出するとき、Ｆ走査の一周期で得られる反射光強度信
号を微分した微分強度信号を作成し、その強度ピークか
らエッジを判定する。エッジが存在しないときは反射光
強度に変化がなく、微分信号にピークが発生しない。エ
ッジがあるときは反射光強度が変化し、微分ピークが発
生する。このピーク強度位置は、照射レーザ光の強度分
布のピーク強度点がエッジに照射された位置で得られ
る。この微分ピーク検出は、被測定物の反射率変化、照
射レーザ光の強度変化などに依存しないで高精度にエッ
ジ位置を検出することが可能である。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は本発明の構成と動作を示すシステムブロック
図で、図２は本発明による寸法測定を行うときの走査法
を説明する走査状態図である。図１において、レーザ光
源１０は、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光を発生する。ビー
ムスプリッター（以下ＢＳと記載）１０２は、反射光の
光路を変換する。Ｆ走査機構１１は、例えば音響光学素
子（ＡＯＤ）を走査素子とし、Ｆ走査ドライバー１１０
により走査する。ＦはＦｉｎｅを意味し、第一の距離を
微細なステップで精密に走査する。Ｃ走査機構１２は、
例えばガルバノミラー（ＧＭ）を走査素子とし、Ｃ走査
ドライバー１２０により走査する。ＣはＣｏａｒｓｅを
意味し、Ｆ走査の距離よりは長い第二の距離を、Ｆ走査
よりは粗いステップで走査する。ここでＦ走査とＣ走査
は共に同一方向へ走査する。

【００１４】例えば、Ｆ走査は１００μｍの範囲、Ｃ走
査は５ｍｍの範囲を走査する光学系の構成であるとき、
Ｆ走査ドライバー１１０とＣ走査ドライバー１２０を共
に、電圧範囲が１Ｖと１０Ｖのランプ波電圧源を１２ビ
ットのＤ／Ａコンバーターで駆動すれば、Ｆ走査とＣ走
査の走査分解能は０．０２μｍと１μｍである。このよ
うに、広い範囲を走査するときは、必然的に走査分解能
が低下する。例えば、１００μｍを超える寸法を０．１
μｍの精度で測定する場合、Ｃ走査だけでは測定できな
い。そこで、本発明の寸法測定装置は共に同一方向へ走
査する二種類の走査機構を一つの光学装置に統合し、両
方の走査機構を交互に駆動して寸法を測定する。

【００１５】対物レンズ１０４はレーザ光を微小スポッ
トに集光し、寸法が測定される被測定物１３の面上に照
射する。被測定物１３で反射したレーザ光は光路を逆進
し、ＢＳ１０２で反射され、集光レンズ１０６を通して
受光器１０８で検出される。なお、この受光位置はレー
ザ光の走査の定点位置である。すなわち、レーザ光が被
測定物１３の面上のどの位置を走査していても、走査位
置に関わらず、受光器１０８の一定位置に反射光が入射
する。そのため、ピンホール、スリットなどを通して反
射光を検出すれば、共焦点型の検出ができる。

【００１６】反射光信号作成部１４は、各走査位置毎に
検出した反射光強度をＡ／Ｄ変換してメモリー回路に記
憶し、走査の一周期に応じた反射光強度信号を作成す
る。微分信号作成部１５は、反射光信号作成部１４で得
られた反射光強度信号を微分した微分信号を作成する。
エッジ検出部１６は、微分信号のピーク強度から被測定
物１３のエッジの存在の有無を判定する。被測定物１３
のエッジ位置をレーザ光が走査すれば反射光強度が変化
し、微分信号にピークが生じる。走査した位置にエッジ
が無い場合は反射光強度に変化がなく、微分信号にはピ
ークが発生しない。

【００１７】次にエッジを検出するための走査の方法を
説明する。本発明の寸法測定では、ＡＯＤによるＦ走査
の範囲を超えた寸法を測定するため、Ｆ走査とＣ走査を
交互に繰り返す走査を行う。Ｆ走査は短い距離を高分解
能で走査するため、エッジ位置を検出するための走査に
用いる。このとき、Ｆ走査はランプ波により一定距離を
連続的に走査する。Ｃ走査は低分解能であるが長い距離
を走査するため、被測定物１３の面上でのＦ走査の位置
を一定距離だけシフトさせるために用いる。このとき、
Ｃ走査はステップ的に制御電圧を変化させ、走査位置を
ステップ的に変化させる。このシフトさせる距離はＦ走
査の走査距離よりも小さい距離とする。また、Ｆ走査を
行っているときはＣ走査を停止し、一定位置に保持して
おく。

【００１８】ハイブリッド走査制御部１７は、エッジ検
出部１６での判定結果にもとずいてＦ走査とＣ走査を制
御する。まず、Ｃ走査の位置を設定し、Ｆ走査の走査位
置を一定距離シフトする。次にＣ走査を停止してＦ走査
を行い、反射光強度信号を検出し、エッジ検出部１６で
エッジの有無を判定する。エッジが無いと判定すれば、
引き続いてステップ的にＣ走査を行い、Ｆ走査の位置を
さらに一定距離シフトさせる。そのシフトされた位置に
おいてＦ走査を行い、エッジ検出部１６でエッジの有無
を判定する。このようにして、ハイブリッド走査制御部
１７によりＣ走査とＦ走査を交互に行い、エッジが存在
する位置まで上記の走査を繰り返す。エッジが存在する
位置に達したらＣ走査を停止し、Ｆ走査の基準位置とエ
ッジ検出位置との差の距離を検出する。

【００１９】以上の動作を図２の走査状態図で説明す
る。図２のＦ走査２１、Ｃ走査２２を行うことによっ
て、被測定物２３のエッジ２３２、２３４を検出し被測
定物２３の寸法を測定する。Ｃ走査２２の走査分解能
（最小移動ステップ距離）をｇとしたとき、Ｃ走査をス
テップ距離Ｇ（ｇ＜Ｇ）で移動させる。Ｆ走査２１の走
査分解能（最小移動ステップ距離）はａ（ａ＜ｇ）で、
走査距離はＡである。ここで、Ｃ走査の移動距離Ｇによ
ってＦ走査の走査位置も距離Ｇだけシフトされる。この
Ｆ走査のシフト距離Ｇは、Ｇ＜Ａの関係があればよく、
ある距離を重なり合ってＦ走査の位置が順次シフトする
ように設定する。

【００２０】寸法測定を開始するときのＣ走査の走査開
始点を位置Ｃ１とする。位置Ｃ１ではＦ走査は走査の開
始原点位置にあり、エッジを検出するためのＦ走査２１
１を行う。この位置ではエッジ２３２を検出しないた
め、Ｃ走査を行って位置Ｃ２に移動する。このときＦ走
査位置が距離Ｇだけシフトし、Ｆ走査２１２を行う。こ
の走査ではエッジ２３２を検出するから、Ｃ走査を停止
し、Ｆ走査の基準位置とエッジ２３２の位置との差距離
Ｌを計測すると共に、Ｃ走査の位置Ｃ２を検出する。エ
ッジ２３２を検出したら、右側にあるエッジ２３４を検
出するために再びＣ走査とＦ走査を交互に行う。Ｃ走査
の位置Ｃ５でＦ走査２１５を行い、エッジ２３４を検出
しなければ位置Ｃ６に移動してＦ走査２１６を行う。こ
の走査ではエッジ２３４が検出されるからＣ走査を停止
し、Ｆ走査の基準位置とエッジ２３４の位置との差距離
Ｒを計測すると共に、Ｃ走査の位置Ｃ６を検出する。本
例ではＦ走査の基準位置を走査の開始位置に選んでいる
が、例えば走査の中央位置に選んでもよい。

【００２１】次にエッジ間の寸法を測定する方法を説明
する。図１において、第一の寸法算出部１８は、二つの
エッジを検出するまでにＣ走査をステップ駆動した回数
に応じてＦ走査位置がシフトした距離を算出する。図２
に示した例では位置Ｃ２から位置Ｃ６までに移動した距
離で距離Ｇの４倍である。第二の寸法算出部１９は、Ｆ
走査でエッジを検出したときのＦ走査の基準位置とエッ
ジまでの距離を算出する。図２の例では、エッジ２３２
ではＦ走査２１２の基準位置とエッジ２３２との間の距
離Ｌと、エッジ２３４ではＦ走査２１６の基準位置とエ
ッジ２３４との間の距離Ｒを算出する。寸法算出部２０
は、第一の寸法算出部１８と第二の寸法算出部１９との
寸法データから被測定物１３の寸法を測定する。図２の
例では、被測定物２３の寸法が数式４Ｇ＋Ｒ−Ｌで得ら
れる。Ｃ走査は走査分解能は低くても、走査精度（安定
度）はＦ走査と実質的には同等であり、距離Ｇ、Ｒ、Ｌ
はＦ走査の分解能と精度で決まる距離で、精密な寸法測
定が可能になる。

【００２２】図３にＦ走査とＣ走査を組み合わせたハイ
ブリッド走査光学系の構成例を示して、その動作を説明
する。Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源３１から発せられ、ビーム
スプリッター３２（ＢＳ）を透過した断面が円形状のレ
ーザ光は、シリンドリカルレンズ３１０と凸レンズ３１
２の組み合わせにより、シート状断面を持つ横に広がっ
た（紙面に平行な方向）ビームに変換され、ＡＯＤ３３
に入射する。ＡＯＤ３３で回折されたレーザ光は凸レン
ズ３１４とシリンドリカルレンズ３１６により、再び円
形状の断面を持つビームに変換される。変換される位置
３１８はレンズ３１４と３１６の共通の焦点位置であ
る。円形ビームはレンズ３２０によりコリメートされ、
その焦点位置に設けられたガルバノミラー（ＧＭ）３４
に入射する。

【００２３】ＧＭ３４はＡＯＤ３３と同一方向にレーザ
光を走査する。このとき、ＧＭ３４は測定目的に応じて
連続走査とステップ走査の両方を行う。連続走査はパタ
ーンの概略位置の検出に用い、ステップ走査はＡＯＤ走
査の走査位置移動に用いる。レンズ３２２、３２４、３
２６はｆθレンズの構成とし、ＧＭ３４で大きく走査さ
れても光軸に平行にビーム走査ができるようにする。レ
ンズ３２６は対物レンズで、レーザ光を集光して被測定
物３５に照射して走査する。被測定物３５で反射したレ
ーザ光は光路を逆進し、ＢＳ３２で反射され、集光レン
ズ３２８を介して受光器３６で検出される。以上の構成
の光学系では、ＡＯＤ３３とＧＭ３４は共通の光路で走
査するため、ＧＭ３４の反射角度に応じた位置でＡＯＤ
３３の走査ができることになり、ＧＭ走査に同期してＡ
ＯＤ走査位置をシフトさせることができる。

【００２４】図４（ａ）に液晶表示素子などに使用する
透明電極（以下ＩＴＯと記載）上のレジストパターン例
を示す。ＩＴＯ基板４１上に、斜面を持ったレジスト４
２が形成されている例である。本例ではレジスト斜面の
下面幅寸法Ｄ１と、ＩＴＯすき間幅寸法Ｄ２を測定する
場合を示す。寸法Ｄ１は３００μｍでＦ走査の範囲外
で、寸法Ｄ２は２０μｍでＦ走査の範囲内である。この
寸法測定では、エッジ４２０、４２２、４２４を検出す
れば寸法Ｄ１、Ｄ２が測定できる。

【００２５】図４（ｂ）の波形４５は、図４（ａ）のパ
ターンを連続Ｃ走査したときに検出される反射光強度信
号である。Ｃ走査は走査分解能が低くてエッジ位置の精
密な測定ができないが、連続走査によりエッジの概略位
置を知ることができる。この予備的な連続Ｃ走査を行う
ことにより、Ｆ走査移動のためのＣ走査のステップ回数
を減らして測定時間を短縮する。ＩＴＯ基板４１はレジ
スト４２より反射率が低く、レジスト斜面は照射光に対
して散乱体として作用するため、反射光強度はエッジ付
近では図のように凹型に変化する。そこで、反射光強度
の二つの強度ｄｉｐ点４５０、４６０を検出する。この
位置はＩＴＯすき間のほぼ中央位置に対応する。正確な
エッジ位置を検出するために、強度ｄｉｐ点４５０、４
６０を基準点とし、設定された範囲の走査開始位置４５
５、４６５においてステップ的なＣ走査を開始し、Ｆ走
査の位置をシフトさせながら精密な走査を行う。

【００２６】図５において、波形５２はＦ走査で得られ
た反射光信号、波形５３は波形５２を微分した微分信号
である。粗い走査では図４（ｂ）における波形４５のよ
うにＶ型波形が検出されるが、高分解能走査では図５に
おける波形５２に示すようにＷ型形状が検出され、波形
５３に示すように４つの位置に微分ピークが発生する。
波形５３の外側の凹と凸状の微分ピーク５３２、５３３
は斜面の上側エッジ５４２、５４３に対応し、内側にあ
る凸と凹状の微分ピーク５３５、５３６は斜面の下側エ
ッジ５４５、５４６の位置に対応する。図４（ａ）にお
ける左側のエッジ４２０の検出では、ステップ的なＣ走
査の開始位置４５５からＦ走査を繰り返し、レジスト下
面のエッジ４２０に対応した微分ピーク５３６のＸ座標
を示す微分ピーク位置５３６ｘを検出する。Ｆ走査の基
準位置を走査の開始位置にした場合、基準位置と微分ピ
ーク位置５３６ｘの距離の差Ｌを検出する。

【００２７】図４（ａ）におけるレジスト４２の右側に
あるエッジ４２２、４２４の検出についても同様で、Ｃ
走査の開始位置４６５からＦ走査を繰り返し、エッジ４
２２に対応した微分ピーク５３５を検出し、Ｆ走査の基
準位置と微分ピーク５３５のｘ座標を示す微分ピーク位
置５３５ｘとの差の距離Ｒを検出する。さらに、エッジ
４２４に対応した微分ピーク位置５３６ｘを検出し、微
分ピーク位置５３６ｘと５３５ｘとの差からＩＴＯすき
間寸法Ｄ２を測定する。レジスト下面寸法Ｄ１は、距離
Ｌから距離Ｒを検出するまでに行ったＣ走査のステップ
回数ｎによって移動したＦ走査の距離ｎＧにより、ｎＧ
＋Ｒ−Ｌから求める。

【００２８】図４と図５に示した実際の寸法測定のフロ
ーチャートを図６に示して、上記測定の流れを説明す
る。ステップ６０２は連続的なＣ走査の実行で、パター
ンの一定範囲を連続的に走査して反射光強度信号を検出
する。この走査はエッジの概略位置を検出するために行
う。ステップ６０４は最小強度位置（強度ｄｉｐ位置）
の検出で、パターンエッジの概略位置を検出する。ステ
ップ６０６は実際の寸法測定のエッジ位置検出を行うた
めのステップ駆動用Ｃ走査の設定と実行開始で、ステッ
プ６０４での結果にもとずき、図４の走査の開始位置４
５５の位置に初期セットする。ステップ６０８はＦ走査
の実行で、Ｃ走査の設定に応じた位置でＦ走査を行う。

【００２９】ステップ６１０は微分強度信号の検出で、
Ｆ走査で検出した反射光強度信号を微分して得る。ステ
ップ６１２は微分パターン判定で、Ｆ走査した範囲内に
４つの微分ピークが存在するか否かを判定する。４つの
ピークが存在しなければ、Ｆ走査位置がエッジ４２０の
付近にない場合で、Ｃ走査の位置をステップ的に変化し
てＦ走査位置を移動し、再度微分パターン判定を行う。
Ｆ走査した範囲内に４つの微分ピークが存在すれば、Ｆ
走査の位置はＯＫと判定してＣ走査を一時停止する。ス
テップ６１４はパターンの左側のエッジ４２０の位置の
検出で、微分ピーク位置５３６ｘとＦ走査の基準位置と
の差の距離Ｌ、及びＣ走査の開始位置４５５とエッジ４
２０を検出するまでにステップ的にＣ走査を行った回数
によって移動したＦ走査の移動距離を検出する。

【００３０】ステップ６１６はＣ走査の大きな移動で、
前述の左側のエッジ４２０でのＣ走査停止位置から、パ
ターンの右側のエッジ４２２検出用のためのＣ走査の開
始位置４６５まで大きく移動する。ステップ６１８は右
側のエッジ４２２の検出用のＦ走査位置のシフトを行う
ためのＣ走査の設定と実行である。ステップ６２０〜ス
テップ６２４は前述したステップ６０８〜６１２までと
同じ動作を行うもので、右側エッジについて４つの微分
ピークを検出したらＣ走査を停止する。

【００３１】ステップ６２６はパターンの右側エッジの
検出で、エッジ４２２、４２４に対応した微分ピーク位
置５３５ｘ、５３６ｘを検出するとともに、Ｆ走査の基
準位置と微分ピーク位置５３５ｘとの差の距離Ｒを検出
する。さらに、Ｃ走査の開始位置４６５とエッジ４２２
を検出するまでにステップ的にＣ走査を行った回数によ
って移動したＦ走査の移動距離を検出する。ステップ６
２８は寸法算出部で、Ｃ走査のステップ移動によって移
動したＦ走査距離とエッジ検出で得た距離Ｌ、Ｒからパ
ターンの寸法を測定する。

【００３２】

【発明の効果】上記のごとく本発明は走査分解能、走査
距離の異なるＦ走査とＣ走査の二種類の走査機構を一つ
の光学装置に統合した構成で、Ｃ走査をステップ的に行
い、Ｃ走査に同期してＦ走査の走査位置を順次シフトし
て寸法を測定する。従来は、走査距離が長くなるにした
がって走査分解能が低下し、寸法測定精度が悪くなると
いう問題があったが、本発明は粗い走査の目盛りを細か
い走査の目盛りで補正することにより、Ｆ走査の範囲を
超えた寸法でもＦ走査の精度で測定できる。さらには、
広い範囲も狭い範囲も同一の光学装置で同じ精度で測定
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成と動作を説明するシステムブロッ
ク図である。

【図２】本発明の走査を説明する走査状態図で、Ｃ走査
とＦ走査の駆動タイミングを示す図である。

【図３】本発明のＦ走査とＣ走査を組み合わせたハイブ
リッド走査の光学系の実施例を示す図である。

【図４】本発明の寸法が測定される被測定物の形状と、
被測定物面上で連続的Ｃ走査を行ったときに検出される
信号を示す図である。

【図５】図４の被測定物面上でＦ走査を行ったときに検
出される信号を示す図である。

【図６】本発明の寸法測定のフローチャートを示す図で
ある。

【図７】従来のレーザ走査顕微鏡による寸法測定法を説
明するブロック図である。

【符号の説明】

１０ レーザ光源 １１ Ｆ走査機構 １２ Ｃ走査機構 １３ 被測定物 １４ 反射光信号作成部 １５ 微分信号作成部 １６ エッジ検出部 １７ ハイブリッド走査制御部 １８ 第一の寸法算出部 １９ 第二の寸法算出部 ２０ 寸法算出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一の距離を精密に走査するＦ走査の機
   構と、前記第一の距離よりも長い距離を前記Ｆ走査より
   も粗く走査するＣ走査の機構を一つの光学系に設け、微
   小スポットに集光したレーザ光を寸法が測定される被測
   定物面上で走査して寸法を測定するレーザ走査式の寸法
   測定装置であって、前記Ｃ走査を設定された距離だけス
   テップ的に駆動し、該Ｃ走査のステップ駆動に同期して
   前記Ｆ走査の走査位置を設定された距離だけ移動させて
   前記被測定物面上でのレーザ光の走査位置を制御するハ
   イブリッド走査制御部と、前記Ｆ走査の一周期で前記被
   測定物からの反射光強度信号を検出する反射光信号作成
   部と、前記反射光信号を微分した微分強度信号を作成す
   る微分信号作成部と、前記微分信号のピーク強度の大き
   さと発生位置を判定して前記被測定物のエッジの存在を
   検出するエッジ検出部を設け、前記Ｆ走査を行ったとき
   に前記エッジ検出部で前記被測定物のエッジを検出しな
   いときは、前記ハイブリッド走査制御部を制御して前記
   Ｆ走査の走査位置を設定された距離だけ移動させ、前記
   エッジ検出部でエッジを検出するまで前記Ｃ走査とＦ走
   査を交互に繰り返してレーザ光を走査し、前記エッジ検
   出部で前記被測定物のエッジを検出したときは、第一の
   寸法算出部により前記被測定物の二つのエッジを検出す
   るまでに前記Ｃ走査をステップ駆動した回数に応じて移
   動させられた前記Ｆ走査の移動距離を算出し、第二の寸
   法算出部により前記Ｆ走査の基準位置とエッジによって
   発生した前記微分信号のピーク強度位置との間の距離を
   算出し、前記第一の寸法算出部と第二の寸法算出部で得
   られた各々の走査距離とから前記被測定物の寸法を測定
   することを特徴とするレーザ走査式寸法測定装置。