JPS62150107A - 測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ この発明は、被測定物を照明し、その反射光の光電変換
信号、に基づき被測定物に関するａｌ１１定を行う、測
定装置に関する。

［従来の技術］ この種のＭｌｌｌ　定装置として、ウェハやマスクのパ
ターン寸法やパターン合わせ精度を測定する微小・１“
法測定’Ａ！？’ｌ　、ウェハなどの表面欠陥や付着異
物を検出する表面検査装置などがある。

このような測定装置では、光電変模索ｒの感度調整、光
電変換信号用増幅器のゲイン調整、光電変換信号・のオ
フセット補正などを行って、光電変模索Ｔの飽和置市、
処理系内の回路の飽和ＶｊＩＩｔ、測定粘度の安定化・
向１・、なとを図っている。

［解決しようとする問題点コ しかし、そのような従来の測定装置においては、被測定
物の照明光：１１か−・定であったため、反射率が過大
な被測定物の測定時に、光電変模索ｒの入射光１７１が
過大となって光電変換素子が飽和したり、処理系内の増
幅回路などが飽和し、測定が不ＩＩＩ能となったり、測
定精度が低下するという問題があった。逆に、反射率が
過小な被４−１定物の測定時に光電変換信号のレベルが
不足し、処理系において光電変換信号の打効成分とノイ
ズとを弁別できず、測定エラーが起きやすく、またＳ／
Ｎ劣化により／！ＩＩＩ定精度が低ドするなどの問題が
あった。

「発明の１」的コ この発明の目的は、被測定物の表面反射率の違いによる
影響を除去し、前述のような問題点を解決した１ｉｔｌ
＋定装置を提供することにある。

［問題点を解決するためのｐ段］ このに１的を達成するために、この発明によれば、光源
により被測定物を照明し、この被測定物からの反射光を
光電変模索ｒによって電気信号に変換して処理系に入力
し、この処理系において前記電気４３号に基づき前記被
４−１定物に関する測定を杼う４ム１定装置において、
前記光源の光ｌｉｔを調整するための光；、１制御ｆ°
段と、前記電気ｊｈ、”Ｊのレベルが所定の範囲内とな
るように、ｌｌ’ｌ記調整丁・段にょる光量調整を制御
する制御手段とが備えられる。

［作用コ このように、光電変換４＋：”３が所定レベル範囲とな
るように、光源の光１ｉ１が調整されるため、そのレベ
ル範囲を適切に設定すれば、被測定物の表面反射ネ（が
大きい場合における光電変模索ｒや処Ｐ１！系内回路の
飽和を防１１・、でき、また、被測定物の反射率に関係
なく、充電変換信号のレベルをほぼ・定に維持できる。

したがって、被測定物の表面反射率の違いによる影響を
除去し、様々な反射率の被測定物について、安定かつ高
精度の測定が可能となる。

［実施例コ 以ド、図面を参照し、この発明の一実施例について説明
する。

第１図に、この発明による微小寸法測定装置の一例を示
す。この微ｌｊいＪ法測定装置は、ウェハのパターン月
決、パターン合わせずれなどを精密測定するものである
。

第１図において、１０はＸ−Ｙステージ機構である。図
示しないローダ／アンローダによりＸ−Ｙステージ機構
１０のチャック部に搬入されたウェハ１２は、そのオリ
フラ（オリエンテーションフラット）１３を基準として
位置決めされて保持されるようになっている。

ウェハ１２の［−而は、ハロゲンランプ１６によりミラ
ー１８．アクロマチックレンズ２０およびハーフミラ−
２２を介して照明される。このようにして照明されたウ
ェハ１２の−１−而の局所的明暗像は、パターン検出光
学系２４によってｌ１Ｊ７Ｉｌｌｌされる。

このパターン検出光学系２４は、対物レンズ２６、前記
ハーフミラ−２２、ハーフミラ−２８、スリット３０Ｘ
、３０Ｙ１　リレーレンズ３２Ｘ。

３２Ｙ１　ミラー３４、シリンドリカルレンズ３６Ｘ、
３ＢＹ、ｉ次元のイメージセンサであるＣＣ１〕リニア
イメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙから構成されている。対
物レンズ２６で決まるウェハ而１−の視野内の明暗像は
、スリブｌ−３０Ｘ、３０Ｙを介して視野をさらに絞ら
れてＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙに撮
像される。スリット３０ＸのアパーチャはＸ−Ｙステー
ジ機構ＩＯの座標系のＸ軸と平行にされており、対物レ
ンズ２６の視野内の中心を通る細長いＸ方向の視野の像
がＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘに結像する。

同ＪＪに、他方のＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ
の視野は、スリット３０Ｙによって対物レンズ２６の視
野の中心を通るＹ方向の細長い領域に絞られ、その視野
内のウェハ像がＣＣＤリニアイメージセンサ３８Ｘに結
像される。前記ＣＣＵリニアイメージセンサ３８Ｘ、３
８Ｙは、それぞれに結像した明暗パターンを画素分解し
て読み取り、アナログｌＩｌ’ｌ　４ＪＴ　’Ｊ’をシ
リアルに出力する。

４０は処理・制御系である。この処理・制御系４０は、
オフセット補正回路４２、アナログ／デジタル変換器４
４、画像メモリ４６、マイクロプロセッサ４８、ＲＡＭ
５０、キーボード５２とそのインターフェイス回路５４
、Ｘ−Ｙステージ寧動回路５６とそのインターフェイス
回路５８、光：１１−調整回路１６、その回路およびオ
フセット補１１・。

回路４２のインターフェイス回路６２からなる。

ＣＣｌ）リニアイメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙやアナロ
グ／デジタル変換器４４の駆動制御に関係する回路も存
在するが、それは図示されていない。

Ｘ−Ｙステージ駆動回路５６は、マイクロプロセンサ４
８からインターフェイス回路５８を介してＩＪ、えられ
る制御情報に従い、Ｘ−Ｙステージ機構１０の図示しな
いＸ、Ｙ方向駆動用モータを駆動するものである。Ｘ−
Ｙステージ機構１０には、Ｘ、Ｙ方向の位置を検出する
ための位置エンコーダ（図示せず）が設けられており、
その位置エンコーダの出力信号はインターフェイス回路
５８を介してマイクロプロセッサ４８側に入力されるよ
うになっている。

ＣＣｒ）リニアイメージセフ＋３８Ｘ、３８Ｙから出力
されるアナログ画信号は、オフセット補ＩＬ回路４２を
経由してアナログ／デジタル変換器４４に入力され、そ
こでデジタル画信号（画像データと称す）に変換されて
両像メモリ４６に入力される。マイクロプロセンサ４８
は、この画像メモリ４６をアクセスＩＩＩ能であり、ま
た画像メモリ４６への画像データの−Ｔ込みを制御でき
る。

通常、オフセット捕＋ＩＥＨ路４２は、画（＋’ｊ’　
ＳＪ’のオフセットを補正するために、自信−少波形の
谷のレベルを基準レベル（例えば０ボルト）とするよう
に、自信りをレベルシフトさせる。このようなオフセッ
ト補正動作は、マイクロプロセッサ４８側よりインター
フェイス回路６２を介して抑市させることができる。

また、光！ｄ調整回路６０はハロゲンランプ１６の駆動
条件を変化させて光ｌｉｔを調整する回路である。この
先１−１調整回路６０による光ｌ＃１．調整は、マイク
ロプロセッサ４８側よりインターフェイス回路６２を介
して制御できる。つまり、マイクロプロセッサ４８側で
ハロゲンランプ１６の光１゛１１、を増減させ得る。

さて、この微小ζ」゛法測定装置においては、ＲＡＭ５
０に格納されているプログラムに従い、Ｘ−Ｙステージ
駆動回路５６を介してＸ−Ｙステージ機構１０を移動さ
せ、ウェハ１２の表面に関する画像データを画像メモリ
４６に得、その画像データに基づき、ウェハー１ユの配
線パターンやレジストパターンの寸法測定や合わせ精度
測定などを行う。

このような１１ｔ＋＋定動作は従来と同様であるので、
その詳細な説明は割愛し、この発明と直接関係する光１
．）制御に関して以ド説明する。

この実施例においては、Ｘ−Ｙステージ機構ＩＯのチャ
ック部にウェハ１２が位置決め保持されると、ウェハの
測定に先立って、マイクロプロセッサ４８はＲＡＭ６０
に格納されている光ｆｉｌ設定プロゲラｌｂ　５０　Ａ
の実行を開始する。第２図にそのフローチャートを示し
、各処理ステップを順に説明する。

まず、マイクロプロセッサ４８はＲＡＭ５０１のレジス
タ類を初期設定する（ステップ１００）。

次にマイクロプロセッサ４８は、インターフェイス回路
６２を介してオフセット補正回路４２にアクティブな抑
市（＋’ｊ’　”Ｊ’を供給し、オフセット補１１：、
回路４２のオフセット補Ｉ［Ｅ動作を抑１１−させる（
ステップ１０５）。このように抑ローされた場合、オフ
セット補＋Ｅ回路４２は、入力画信号を一定ゲインで増
幅するだけであり、レベルシフトは行わない。

次にマイク、ロプロセッサ４８は、ＲＡＭ５０ｈのレジ
スタ５０Ｂから座標データを読み出し、その座標データ
をインターフェイス回路５８を介してＸ−Ｙステージ駆
動回路５６にＩＪ、え、そのｉ＋標データの示す座標位
置とパターン検出光学系２４の視野中心とをほぼ〜致さ
せるように、Ｘ−Ｙステージ機構ｌＯを作動させる（ス
テップ１１０）。

マイクロプロセッサ４８は、画像データを画像メモリ４
６に記憶させる（ステップ１１５）。つまり、各ＣＣＩ
）リニアイメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙの出力画（１ｊ
号のレベル情報を、１ライン分ずつ合計２ライン分、画
像メモリ４６に記憶させる。

次にマイクロプロセッサ４８は、両像メモリ４６より画
像データを１画素中位で読み出し、その（ｎγＬ（ｕ１
ｍ素の信ジノ・レベル）を所定の１−限値ＬＨ（レジス
タ５０Ｃにセットされている）と比較する（ステ、プ１
２０）。Ｌ≦ＬＨならば、１山１像データ値りを所定の
ド限値ＬＬ（レジスタ５０１）にセットされている）と
比較する（ステップ１２５）。

Ｌ≧ＬＬならば、次のＩｌ、ｌｉｉ素についての同様の
比較判定を行う。

全ての画素について、ステップ１２０および１２５の条
件が成−ｒするき、ステップ１３０で終丁判定され、マ
イクロプロセ１す４８はオフセット補正回路４２の抑市
を解除しくステップ１３２）、処理を終丁する。

ステップ１２０でＬ＞ＬＨと判定された場合、マイクロ
プロセッサ４８は、量をり薯１γｌｉだけ減少させる指
示を、インターフェイス回路６２を介して光ｊｊｔ調整
回路６０にり、え（ステップ１３５）、ステップ１１５
経戻る。この指示を受けた光（囃」調整回路６０は、ハ
ロゲンランプ１６の光１１１を中位Ｈ，（たけ減少させ
る。

ステップ１２５でＬ＜ＬＬと判定された場合、マイクロ
プロセンサ４８は、光計を１１１位量だけ増加さぜる指
事を、インターフェイス回路６２を介して光；、１調整
回路６０に′ｊえ（ステップ１４０）、ステップ１１５
に戻る。

このようにして、ＬＬ≦Ｌ≦ＬＨとなるように、ハロゲ
ンランプ１６の光１１）か調整される。

つまり、第３図に示すように、画４ｔｊ吋ＳがＬＨ。

ＬＬに対応するｌ＋　　ド限レベルＬＨ“、ＬＬ、’（
７）間のレベルとなるように、光ｉ、）が調整される。

このような光計に調整されれば、通常の測定動作におい
て、ＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙおよ
びその後の各回路の飽和は起こらない。

また、両信号の信号レベルも適切な範囲に維持される。

このようにして光ｆｉｔの適性化かなされた後、通常の
測定動作に移行する。その場合におけるオフセット補＋
ＩＥ　Ｉｉｌ路４２のオフセット補１１：、動作を第４
図に示す。この図において、Ｓｌはオフセット補１日＋
ｊｌ路４２の入力曲目に”Ｊ−の波形であり、Ｓ２は出
力画イハシ３・の波形である。このように、両（＋ｊ弓
’の谷のレベルが基型レベル（０ボルト）となるように
、レベルシフトがなされる。

以１−１−実施例について説明したが、この発明はそれ
だけに限定されるものではなく、適宜変形して実施でき
るものである。

例えば、前記実施例においては、ソフトウェアによって
信号レベルの判定などを行っていたが、それをハードウ
ェアによって１テうようにしてもよい。その場合、アナ
ログ／デジタル変換器４４を省き、アナログ画信号のま
まレベル判定などを１１゛ってもよい。

ハロゲンランプ１６を、光計が可変の他の光源に置き換
えてもよい。同様に、ＣＣｆ）リニアイメージセンサ３
８Ｘ、３８Ｙをホトマルチプライヤなど、他の光電変模
索γに置換してもよい。

さらに、この発明は、前記実施例の＠／Ｊいｊ法測定装
置以外の同様な測定装置にも適用できる。

［発明の効果］ 以１・、説明したように、この発明によれば、光電変換
４．ｒ”Ｊ″か所定レベル範囲となるように、光源の光
１１［か調整されるため、そのレベル範囲を適Ｑ月こ設
定すれば、被測定物の表面反射率が大きい場合における
光電変換素子の飽和を防止でき、また、被測定物の反射
率に関係な（、光電変換素子」・のレベルをほぼ一定に
維持でき、したがって、被測定物の表面反射率の違いに
よる影響を除去し、様々な反射率の被ａ［ＩＩ定物につ
いて、安定かつ高精度の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明による微小１１法測定装置の構成概要
図、第２図は光ｆｊｔ制御動作のフローチャート、第３
図は光１ｉ１制御の説明のための自信Ｓ７波形図、第４
図はオフセント補正の説明のための自信−ｊ・波形図で
ある。 ＩＯ・・・Ｘ−Ｙステージ機構、１２・・・ウェハ（対
象物）、ｉｅ・・・ハロゲンランプ（光＄＋０１２４・
・・パターン検出光学系、２６・・・対物レンズ、３０
Ｘ。 ３０Ｙ・・・スリ、ト、３８Ｘ、３８Ｙ・・・ＣＣＩ）
リニアイメージセンサ（光電変換素子）、処理・制御系
、４２・・・オフセント捕ＩＦ回路、４４・・・アナロ
グ／デジタル変換器、４６・・・画像メモリ、４８・・
・マイクロブロセノサ、５０・・・ＲＡＭ、５６・・・
Ｘ−Ｙステ、プ駆動回路、６０・・・光：１１．調整回
路。 特１１′］出願人 ］１＼γ電ｒエンンニアリング株式会社株式会社１．ｈ
γ製作所

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源により被測定物を照明し、この被測定物から
   の反射光を光電変換素子によって電気信号に変換して処
   理系に入力し、この処理系において前記電気信号に基づ
   き前記被測定物に関する測定を行う測定装置において、
   前記光源の量を調整するための光量制御手段と、前記電
   気信号のレベルが所定の範囲内となるように、前記調整
   手段による光量調整を制御する制御手段とを備えること
   を特徴とする測定装置。
2. （２）処理系は、入力された電気信号をその最低レベル
   が基準レベルとなるようにオフセット補正するオフセッ
   ト補正手段を含み、このオフセット補正手段によりオフ
   セット補正された後の電気信号に基づき被測定物に関す
   る測定を行い、制御手段は前記オフセット補整手段によ
   りオフセット補正がなされる前の電気信号のレベルか所
   定の範囲内となるように光量調量を制御することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の測定装置。