KR100508994B1

KR100508994B1 - 광학현미경의 분해능 이하의 측정이 가능한미소치수측정방법 및 장치

Info

Publication number: KR100508994B1
Application number: KR10-2002-0010475A
Authority: KR
Inventors: 고스게쇼고; 시미즈다카히로
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2005-08-18
Also published as: JP2002257517A; US20020145741A1; US6680781B2; JP3691404B2; KR20020070828A

Abstract

본 발명의 목적은 광현미경의 분해능 이하의 피측정물에 대해서도 측정을 가능하게 하는 미소치수측정방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에서는 광학현미경과 이미지센서를 사용하여 피측정물을 촬상하여 얻어진 영상신호로부터 소정의 휘도레벨의 일치하는 2점의 신호위치를 추출하고, 이 2점 사이의 위치의 차와, 기준이 되는 최대휘도에 대한 2점 사이의 최대 휘도의 비율과의 승산에 의거하여 피측정물의 치수를 측정한다.

Description

광학현미경의 분해능 이하의 측정이 가능한 미소치수측정방법 및 장치{CRITICAL DIMENSION MEASUREMENT METHOD AND APPARATUS CAPABLE OF MEASUREMENT BELOW THE RESOLUTION OF AN OPTICAL MICROSCOPE}

본 발명은 광학현미경과 CCD카메라 등의 2차원 이미지센서를 이용한 미소치수의 측정방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 한정은 되지 않으나, 자기헤드 트랙폭, 반도체 생성용 포토마스크의 선폭 등의 미소치수를 비접촉으로 측정하는데 적합한 미소선폭 측정방법 및 장치에 관한 것이다.

기본적인 치수측정장치의 구성으로서는, 예를 들면 일본국 특개소59-176605호에 기재된 것이 알려져 있고, 이것과 유사한 것을 도 11에 나타낸다.

도 11에 있어서 광학현미경(305)으로 촬영된 피측정물(307)의 공간상을 CCD카메라(308)로 촬상하고, 치수측정 연산장치(309)로 소망부분의 치수를 전기적으로 측정하여 TV모니터(310)에 피측정물(307)의 화상과 치수값을 표시한다. 306은 광원을 나타낸다.

도 6은 TV모니터(310)의 표시화면과 도 11의 CCD카메라(308)로 촬상한 피측정물(여기서는 자기헤드면)(307)의 TV모니터(310)에 있어서의 측정대상 주사선 [6(Li)] 으로 얻어지는 휘도분포를 나타낸다. 이 경우, 측정대상 주사선[6(Li)]의 휘도분포로부터 분명한 바와 같이 자기헤드의 포올(5)에 있어서 휘도가 최대값이 된다.

이 미소선폭 측정장치는 주사선주사선[6(Li)]에 대응하는 영상신호를 연산장치(309)내에 설치된 프레임메모리(도시 생략)에 1화소씩 기억하고, N분해한 각 화소위치와, 각각의 휘도값에 의하여 피측정물의 선폭치수 [여기서는 포올(5)의 폭인 트랙폭의 치수]를 구한다. 여기서 휘도분포(60)에 있어서의 최대 휘도레벨(61)을 100%로 하고, 최소 휘도레벨(62)을 0%로 한 경우에, 50%의 휘도레벨(63)에 상당하는 a번째 위치의 화소와 b번째 위치의 화소 사이의 위치차(Nab)를 구하고, 이 위치차 (Nab)에, 이 때의 광학현미경(305)의 측정배율과 CCD카메라(308)의 수광크기로 부터 구한 계수(k)를 곱하여, 대응하는 피측정물(307)의 치수값(M)을 하기 수학식 (1)에 의하여 구하고 있었다. 이것을 편의상 에지검출법이라 부른다.

M = k ×Nab

한편, 치수측정의 최소 치수한계는 광학현미경의 분해능이 된다. 여기서 분해능(α)은 수학식 (2)로 표시된다.

α= λ/(2 ×NA)

여기서 λ는 파장, NA는 대물렌즈의 개구수이다.

그러나 상기한 종래방법에 있어서는 피측정물의 실치수가 광학현미경의 분해능(α)보다도 작을 때에 측정 불가능하게 된다는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위한 미소치수측정방법이 일본국 특공평6-103168호 공보(특허제1967489호)에 개시되어 있다.

이하에서 도 7에 의거하여 상기 종래기술의 문제점을 설명한다.

도 7은 광학현미경의 분해능(α)과 휘도분포의 관계도이다. 도 7에 있어서 34는 2α폭의 백선을 촬상하였을 때에 얻어지는 휘도분포이고, 37은 최소 휘도레벨, 38은 최대 휘도레벨(VH), 41은 한계치 레벨, 즉 최대 휘도레벨(38)과 최소 휘도레벨(37)의 중간레벨(50%레벨)이다. 또 35는 α폭의 백선의 휘도분포이고, 39는 최대 휘도레벨, 42는 한계치 레벨(50%레벨)이다. 또 36은 α폭 미만의 백선의 휘도분포이고, 40은 최대 휘도레벨, 43은 한계치 레벨(50%레벨)이다. 도 7에 나타내는 바와 같이 2α폭의 백선의 휘도분포(34), α폭의 백선의 휘도분포(35), α폭 미만의 백선의 휘도분포(36)의 에지검출법에서의 치수는 53, 54, 55가 되어, 53 ＞ 54 이나, 54와 55의 대소가 판별되지 않게 되어 α폭 미만의 백선의 휘도분포로부터 치수를 측정하는 것은 불가능하다.

또 도 7에 있어서, 44는 2α폭의 흑선을 촬상하였을 때에 얻어지는 휘도분포이고, 47은 최소 휘도레벨, 50은 한계치 레벨(50%레벨)이다. 또 45는 α폭의 흑선의 휘도분포이고, 48은 최소 휘도레벨, 51은 한계치 레벨(50%레벨)이다. 또 46은 α폭 미만의 흑선의 휘도분포이고, 49는 최소 휘도레벨, 52는 한계치 레벨(50%레벨)이다. 도 7에 나타내는 바와 같이 2α폭의 흑선의 휘도분포(44), α폭의 흑선의 휘도분포(45), α폭 미만의 흑선의 휘도분포(46)의 에지검출법에서의 치수는, 56, 57, 58 이 되어 56 ＞ 57 이나, 57과 58의 대소가 판별되지 않게 되어 α폭 미만의 흑선의 치수는 측정 불가능하다.

여기서 광학현미경의 분해능(α)은,

대물렌즈 100배의 개구수는 NA = 0.95 이고,

가시광 현미경을 사용할 때, 광원파장 λ= 0.55㎛ 일때에, α= 0.29㎛

자외광 현미경을 사용할 때, 광원파장 λ= 0.365㎛ 일때에, α= 0.19㎛

깊은 자외광 현미경을 사용할 때, 광원파장 λ= 0.248㎛ 일때, α= 0.13㎛ 가 되어, 이것보다 작은 치수의 것은 측정 불가능하게 된다.

이 과제를 해결하기 위하여 일본국 특공평6-103168호 공보(특허제1967489호)의 방법이 이미 제안되어 있다.

도 8은 이 종래의 미소치수의 측정을 설명하는 도면이다. 도 8은 도 11에 나타내는 CCD카메라(308)로 피측정물(307)을 촬상하여 치수측정을 하는 1주사선에 대응하는 영상신호를 치수측정 연산처리장치(309)에 도입하여 도시 생략한 A/D컨버터로 그 휘도레벨을 디지털화하고, 이것을 일련의 기억소자인 프레임메모리(도시 생략)에 화소단위로 기억시켰을 때의 각 화소위치에 있어서의 휘도레벨특성을 나타낸 것이다. 여기서 프레임메모리상의 화소번지를 0 내지 N번지, i번지의 휘도레벨을 Vi로 한다. 그리고 기억된 휘도레벨(60)의 최대값(61)을 100%레벨, 최소값(62)를 0%레벨로 하고, 한계치 레벨(T_L63)의 값을 예를 들면 50%레벨로 정하고, 이 한계치레벨(T_L63)과 동일한 휘도레벨의 화소(a, b)의 번지를 구한다. 그리고 화소(a, b) 사이의 모든 번지의 휘도레벨[한계치 레벨(T_L)이상의 휘도]를 가산하여 화소(a, b) 사이의 휘도레벨(Vi)의 적분치(S)를 다음식에 의하여 얻는다.

여기서 이 적분치(S)는 피측정물(307)의 실치수와 밀접한 비교관계가 있다. 따라서 이 S에 현미경(305)의 광학배율 등에 의하여 결정되는 미리 산출한 계수(k)를 곱하여 피측정물(307)의 측정치수값(M)을 다음과 같이 하여 얻는다.

이상의 설명은, 피측정물의 치수가 현미경의 분해능(α) 미만인 경우의 치수측정방법이고, 분해능(α) 이상의 치수측정에 있어서는 제일 먼저 설명한 종래의 피측정물 화상의 윤곽 사이의 위치차에 의거하는 치수측정법을 병용함으로써, 이 종래의 치수측정법은 분해능(α) 이상의 측정은 물론, α미만의 치수의 측정까지의 피측정물의 치수측정이 가능하다. 도 9에 나타내는 바와 같이 에지검출성분만의 측정값 특성(70)과 비교하여 이상(理想) 치수값 특성(71)에 더욱 근접한 측정값 특성(72)이 된다.

본 종래의 미소치수의 측정은, 오랫동안의 실측결과, 하기의 것이 판명되었다. 즉, 피측정물이 자기헤드의 갭길이 등의 검은 또는 광흡수성이 있는 갭이나 선폭을 측정하는 경우에는 α/3폭까지 실제의 치수값(파장 SEM으로 측정한 값)과 상관성이 취해져 있는 것이 이미 확립되어 있다. 그러나 피측정물이 자기헤드의 트랙폭 등의 백(白) 또는 광반사성의 폭의 선을 측정하는 경우네는 윤곽 사이의 위치차와 휘도적분치만으로는 α/2폭 근방에서 실제의 치수값(파장 SEM으로 측정한 값)과 상관성이 없는 것이 본 발명자들에 의하여 분명하게 되었다.

일례로서 도 10으로 설명한다. 도 10은 자외광 현미경을 사용하였을 때의 분해능(α)과 휘도분포의 관계도이다.

광원파장 λ= 0.365㎛ 일 때에 α= 0.19㎛이고, 백선의 휘도분포로부터 치수를 측정하는 경우, 2α폭의 백선의 휘도분포(34), α폭의 백선의 휘도분포(35), 2α/3폭의 백선의 휘도분포(36), α/2폭의 백선의 휘도분포(80)는 도 10과 같이 되어 그 때의 실제의 치수값과 종래의 측정값은 도 10에 기재한 바와 같이 된다. 그 결과, 2α/3폭의 백선의 휘도분포(36)의 측정값이 0.13㎛인 것에 대하여, α/2폭 백선의 휘도분포(80)의 측정값이 0.15㎛가 되어 대소관계가 역전되어 있어 측정이 불가능하다.

본 발명의 목적은 광현미경의 분해능 이하의 피측정물에 대해서도 측정을 더욱 가능하게 하는 미소치수측정방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은 상기 도 10에 있어서, 각각의 선폭에 있어서의 백선의 휘도분포의 최대 휘도를 보면, 분해능(α)보다 충분히 넓은 폭(여기서는 2α폭)에 있어서의 백선의 휘도분포(34)의 최대 휘도(38)(Vmax)는 백선의 선폭 측정에 있어서의 기준이 되는 최대 휘도(VH), 즉 백레벨이 되는 것을 알 수 있다. 또 α폭의 백선의 휘도분포(35)의 최대 휘도(39)보다 2α/3폭의 백선의 휘도분포(36)의 최대 휘도(40)가 낮고, 이것보다 α/2폭의 백선의 휘도분포(80)의 최대 휘도(81)가 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 백선의 폭이 작아짐에 따라 최대 휘도(Vmax)도 낮아지기 때문에 기준이 되는 최대 휘도(VH)에 대한 이 최대 휘도(Vmax)로 도 11에 언급하여 설명한 종래의 치수측정방법으로 측정한 측정값(M_O)(도 10에서는 K ×Nab)을 보정함으로써, 실제의 치수값과 상관성이 있는 측정값(M)이 얻어지는 것을 발견하였다. 즉, 종래의 측정법에 의한 측정치(M_O)에 최대 휘도(Vmax)를 곱하여 α폭보다 넓은 백선을 촬상하였을 때에 얻어지는 휘도분포(34)의 최대 휘도(VH)로 나눔으로써 실제의 치수값과 상관성이 취해진 측정값(M)이 얻어지는 것을 발견하였다. 이것을 수학식 (5)에 나타낸다. 이에 의하여 백선(α)＞백선(α/2) ＞ 백선(α/3) ＞ 백선(α/4)의 관계를 만족한 측정값이 제공 가능하게 된다.

본 발명의 측정에 의하면, 도 10에 기재한 바와 같이 2α/3폭의 백선 휘도분포(36)가 0.12㎛, α/2폭 백선(80)이 0.095㎛의 측정값이 되어 실제의 치수값과 잘 일치하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 한 측면에 의한 미소치수측정장치는 광학현미경과, 측정해야 할 대상물을 촬상하는 촬상장치, 그 촬상장치는 상기 광학현미경과 결합되고, 상기 촬상장치로부터 얻어지는 영상신호를 표시하는 표시장치와, 상기 영상신호를 처리함으로써 상기 대상물의 소정부분의 미소치수를 산출하는 산출장치, 그 산출장치는 촬상한 상기 대상물의 소정부분의 소정의 제 1 휘도레벨과 실질적으로 일치하는 2점 사이의 거리를 산출하고, 상기 산출한 거리를 상기 소정부분의 제 2 휘도레벨의 극치에 관한 정보로 보정한다.

일 실시예에 있어서, 상기 제 1 휘도레벨은 상기 대상물의 소정부분의 휘도레벨의 최대값와 최소값 사이의 소정레벨에 설정된다.

일 실시예에 있어서, 상기 소정부분의 제 2 휘도레벨의 극치에 관한 정보는 상기 대상물의 소정부분에 있어서의 기준이 되는 최대 휘도레벨에 대한 상기 제 1 휘도레벨에 일치하는 2점 사이에 있어서의 최대 휘도레벨의 비율에 관한 정보이다.

일 실시예에 있어서, 측정해야 할 상기 대상물의 소정부분의 치수를 M으로 했을 경우, M을 하기식에 의하여 구한다.

M = M_O×(Vmax/VH)

여기에 M_O : 에지검출법으로 구한 치수값, Vmax : 제 1 휘도레벨에 일치하는 2점 사이에 있어서의 최대 휘도레벨, VH : 상기 광학현미경의 분해능(α)보다도 큰 부분에 있어서의 기준이 되는 최대 휘도레벨이다.

일 실시예에 있어서, 상기 피측정물은 자기헤드의 트랙폭이다.

일 실시예에 있어서, 상기 피측정물은 반도체 웨이퍼생성용 포토마스크의 선폭이다.

일 실시예에 있어서 상기 미소치수측정장치는 또한 상기 이미지센서의 입사광량의 최적화를 위한 영상피크검출회로를 가진다.

본 발명의 다른 측면에 의한 미소치수측정방법은, 광학현미경과 이미지센서를 사용하여 피측정물을 촬상하여 그 피측정물 중의 상기 광학현미경의 분해능에 상당하는 폭보다 넓은 부분의 휘도를 기준이 되는 최대 휘도레벨(VH)로서 검출하는 제 1 단계와; 상기 피측정물의 측정부위를 가로지르는 1개의 측정라인상에서 상기 피측정물의 휘도-화소특성을 상기 이미지센서로 검출하여 화소단위로 메모리에 기억하는 제 2 단계와; 상기 피측정물의 휘도-화소특성으로부터 최대 휘도(Vmax) 및 최소 휘도 (Vmin)를 구하는 제 3 단계와; 상기 최대 휘도와 최소 휘도의 차에 소정의 비율을 승산하여 한계치 레벨을 구하는 제 4 단계와; 상기 한계치 레벨에 상당하는 화소 사이의 거리(Nab)를 구하는 제 5 단계와; 상기 거리에 상기 기준이 되는 최대 휘도레벨(VH)에 대한 상기 최대 휘도(Vmax)의 비율을 승산하여 얻은 값으로부터 상기 피측정물의 치수를 산출하는 제 6 단계로 이루어진다.

일 실시예에 있어서, 상기 미소치수측정방법은 다시 상기 제 1 단계 전에 상기 이미지센서에의 입사광량을 최적화하는 단계를 가진다.

일 실시예에 있어서, 상기 제 2 내지 제 6까지의 단계를 복수의 측정라인에 대하여 반복하여 상기 제 6 단계에서 얻어진 상기 피측정물의 복수의 치수를 평균화하여 상기 피측정물의 더욱 정확한 치수를 산출하는 단계를 더 가진다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 도면에 있어서 동일한 부재에는 동일한 부호를 붙인다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 미소치수측정장치의 구성을 나타낸다.

도 5에 있어서 광학현미경(23)으로 투영된 피사체(피측정물)(2)를 CCD카메라 (27)로 촬상하고, 치수측정 연산처리장치(28)에서 소망부분의 치수를 전기적(영상신호의 파형처리)으로 측정하여 TV모니터 또는 비디오모니터(1)에 피측정물(2)의 화상과 치수 측정값을 표시한다. 여기서 치수측정 연산처리장치(28)는 CPU(280), ROM (281), 프레임메모리(282), Z축 모터구동펄스발생부(283), 영상피크검출회로(284), DC모터 구동펄스발생부(285)로 구성되어 있다.

피측정물(2)을 XY스테이지(20) 위에 탑재하고, 현미경(23)의 시야로 이동한다. 이동은 CPU(280)가 스테이지제어부(29)에 RS-232C 회선을 거쳐 명령한다. 피사체(2)의 초점방향의 이동은 CPU(280)가 Z축 모터 구동펄스발생부(283)에 명령하여 Z축 이동모터(22)를 구동하고, Z축 스테이지(21)를 상하이동시켜 초점맞춤점을 얻는다.

CCD카메라(27)에의 입사광량의 최적화는 영상피크검출회로(284)에서 소정범위의 영상신호의 휘도피크치를 검출하여 DC모터 구동펄스발생부(285)에서 도시 생략한 기준값과 비교하고, 그 출력에 의하여 DC모터(26)를 구동하여 감광기구(25)를 제어하여 광량을 조정한다.

도 1, 도 2, 도 5에 의거하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 미소치수측정방법을 설명한다.

도 1은 도 5에 나타내는 미소치수측정장치로 피측정물인 자기헤드(GMR헤드)의 트랙폭의 주변을 촬상한 TV모니터 또는 비디오모니터(1)의 화상을 나타낸다.

도 1의 TV모니터(1)의 화상에 있어서, 자기헤드의 상부 시일드(3)와 하부 시일드(4)와 포올(5)이 밝아져 백으로, 주변 [포올(5)과 상부 시일드(3) 사이의 기록갭(14)이나 상부 시일드(3)와 하부 시일드(4) 사이의 판독갭(15) 등]이 어두어져 검게 찍힌다. 여기서 상부 시일드(3)의 폭은 분해능(α)폭 이상으로 충분히 넓어 최대 휘도가 얻어지기 때문에, 그곳의 최대 휘도를 기준으로 하는 최대 휘도(VH)로서 기억하고, 측정라인(6)상의 백선 [포올(5)]의 폭인 트랙폭(7)을 측정할 때에 사용한다. 여기서 측정라인 (6)은 지정위치의 상하 10라인분(6')으로 한다.

도 2는 도 1의 트랙폭 치수측정과정을 설명하는 플로우차트도이다.

(1) 단계 100 : 상부 시일드(3)의 수평중심선 검출

모니터화면의 휘도를 각 주사선별로 수평방향으로 가산하여 수직방향의 프로젝션상(8)(도 1)을 얻는다. 이 수직방향 프로젝션상(8)에 있어서 소정의 한계치 레벨을 초과하는 점(V_O)을 검출하고, 다시 백레벨로부터 흑레벨방향으로 저하하고, 또한 최대 백레벨보다 노이즈레벨만큼 저하한 점(V₁)을 검출한다.

(2) 단계 110 : 포올(5)의 수직중심선 검출

V_O 점으로부터 상측의 모니터화면의 휘도를 수직방향으로 가산하여 수평방향 프로젝션상(9)을 얻는다. 이 수평방향 프로젝션상(9)의 최대 휘도를 가지는 점(H_O)을 검출한다.

(3) 단계 120 : 측정기준 좌표검출

측정기준좌표(10)를 (x₀, y₀) = (H₀, V₀)으로 한다 여기서 (x ₀, y₀)는 x-y 좌표축의 원점이다.

(4) 단계 130 : 기준이 되는 최대 좌표(VH)검출

측정기준좌표(10)(x₀, y₀)를 기준으로 하여 상부 시일드(3)내의 미리 설정하고 있던 4점[111(x₁, y₀), 112(x₁, y₀), 113(-x₁, -y₁), 114(x₁, -y₁)]으로 둘러싸인 VH검출영역(11)을 만들고, 그 중에서 기준이 되는 휘도의 최대값(VH)를 구한다. 이 최대값(VH)은 노이즈 등의 제거를 위해 최대값의 주변 10 ×10화소의 취도의 평균치로 나타내는 것으로 한다.

(5) 단계 141 : 측정라인수 측정이 끝났는가?

측정해야 할 측정라인수를 상기 예의 경우는 지정위치의 상하 10라인분(6')을 모두 측정하고 있으면, 단계 150 : 측정값 평균화로 간다. 측정하고 있지 않을 때는 단계 142 : 측정라인의 최대 최소 휘도검출로 간다.

(6) 단계 142 : 측정라인의 최대 최소 휘도검출

1개의 측정라인을 측정하면, 그 화소-휘도특성은 도 8의 60과 같이 되고, 그 중의 최대 휘도(Vmax)(61)와 최소 휘도(Vmin)(62)를 구한다. 노이즈방지대책으로서 최대 휘도는 예를 들면 최대 휘도를 가지는 화소와 그 주변 3화소의 평균으로 한다. 최소 휘도는 예를 들면 최소 휘도를 가지는 화소와 그 주변 10화소의 평균으로 한다. 또 최대 최소 휘도의 50%의 휘도레벨(63)을 산출한다.

(7) 단계 144 : 좌우의 에지검출

종래의 에지검출방법과 마찬가지로 휘도레벨(63)에 상당하는 a번째 위치의 화소와 b번째 위치의 화소 사이의 위치차(Nab)를 구하고, 이 Nab에 이 때의 광학현미경(23)의 측정배율과 CCD카메라(27)의 수광크기로부터 구한 계수(k)를 곱하여 대응하는 피측정물(2)의 개략의 치수값(M₀)을 구한다.

(8) 단계 146 : 치수연산

구한 개략 치수값(M₀)은 [측정라인의 최대 휘도(Vmax)/기준이 되는 최대 휘도(VH)]를 승산함으로써, 참의 치수값(M)을 산출한다.

M = (k ×Nab) ×(Vmax/VH)

을 산출한다.

(9) 단계 148 : 측정값 기억

치수값(M)을 기억하고 단계 141로 되돌아간다.

(10) 단계 150 : 측정치 평균화

모든 측정라인의 치수값(M)을 평균화하여 측정치로 한다.

(11) 단계 160 : 측정값 표시

이 측정값(M)을 TV모니터(1)에 표시하고, 작업자에게 결과를 알림과 동시에, 기억매체 예를 들면 하드디스크에 수납한다.

이상, 자기헤드(GMR헤드) 트랙폭 측정에 대하여 설명하였으나, 이 경우는 상부 시일드(3)가 분해능(α)보다 충분히 넓기 때문에 기준이 되는 최대 휘도(VH)가 트랙폭 측정화면과 동일화면으로부터 구해진다.

다음에 본 발명의 미소치수측정방법의 또 다른 실시예에 대하여 설명한다.

상기한 실시예에서는 기준이 되는 최대 휘도(VH)가 측정부위의 화면과 동일한 화면으로부터 얻어졌으나, 피측정물의 종류에 따라서는 측정부위가 표시되어 있는 화면으로부터 항상 기준이 되는 최대 휘도(VH)가 얻어지지 않는 경우가 있다. 이하에서 도 3a, 도 3b, 도 4, 도 5에 의거하여 그와 같은 피측정물의 일례인 반도체 생성용 포토마스크의 선폭의 측정에 대하여 설명한다.

도 3a, 도 3b 각각의 실시예에 의한 피측정물이 반도체 웨이퍼생성용 포토마스크의 선폭 측정의 경우에 도 5의 미소치수측정장치로 촬상한 TV모니터의 화상이다. 도 4는 도 3b의 반도체 웨이퍼생성용 포토마스크의 선폭의 측정과정을 설명하는 플로우차트도이다. 이 도 3a, 도 3b와 도 4에 의하여 기준의 포토마스크에서 최대 휘도(Vmax)를 얻고, 기준이 되는 최대 휘도(VH)를 등록함으로써 측정 가능하게 된다.

도 4의 반도체 웨이퍼생성용 마스크의 선폭의 측정과정은 다음과 같다.

(1) 단계 200 : 기준 포토마스크 측정이동

기준이 되는 최대 휘도(VH)를 등록할 수 있는 충분히 넓은 기준 포토마스크 (12)를 XY스테이지(20)(도 5)위에 탑재하여 광학현미경(23)의 시야로 이동한다. 이동은 CPU(280)가 스테이지제어부(29)에 RS-232C회선을 거쳐 명령한다. 피측정물 (2)의 초점방향의 이동은 CPU(280)가 Z축 모터구동펄스발생부(283)에 명령하고, Z축 이동모터(22)를 구동하고, Z축 스테이지(21)를 상하 이동시켜 초점맞춤점을 얻는다. 그 결과의 화상이 도 3a이다. 6은 측정라인, 11은 적절하게 정해진 VH검출영역, 12는 휘도검출용 백선(기준 마스크)이다.

(2) 단계 202 : 자동조광 ON

CCD카메라(27)(도 5)에의 입사광량의 최적화는 영상피크검출회로(284)에서 소정범위의 영상신호의 휘도피크치를 검출하고, DC모터 구동펄스발생부(285)에서 도시 생략한 기준값과 비교하고, 그 출력에 의하여 DC모터(26)를 구동하여 감광기구(25)를 제어하여 광량을 조정한다.

(3) 단계 204 : 기준이 되는 최대 휘도(VH)를 기억

VH검출영역을 만들고, 그 중에서 휘도의 최대값(VH)을 구한다. 최대값(VH)은 노이즈제거를 위해, 최대값의 주변 10 ×10화소의 휘도의 평균값으로 하여 기억한다.

(4) 단계 206 : 자동조광홀드

DC모터(26)와 감광기구(25)를 정지시키고 기준이 되는 최대 휘도(VH)를 얻은 조명광량을 유지한다.

(5) 단계 210 : 모든 측정이 종료하였는지 체크한다.

YES이면 단계 220 : 측정종료로 간다. NO이면 단계 140 : 측정으로 간다.

(6) 단계 140 : 측정

도 3b의 측정대상물(마스크)(13)을 광학현미경(23)의 시야로 이동하고, 도 2의 단계(141)로부터 단계(160)의 루틴(140)과 마찬가지로 측정한다.

(7) 단계 212 : 다음의 측정위치로 이동

단계(210)로 되돌아간다.

이상, 도 4에 의거하여, 특히 기준이 되는 최대 휘도(VH)를 얻을 수 있는 충분히 넓은 선폭과 피측정대상인 선폭이 1매의 포토마스크에 혼재하고 있는 경우의 선폭 측정에 대하여 설명하였다. 그러나 도 4의 측정방법으로 측정 가능한 케이스는 그와 같은 특정한 선폭 측정에 한정되지 않고, 예를 들면 그들 선폭이 각각 다른 포토마스크에 존재하고 있어도 좋다. 구체적으로는 상기 (1) 내지 (4)의 순서를 기준이 되는 최대 휘도(VH)를 등록할 수 있는 충분히 넓은 선폭을 가지는 기준 마스크에 대하여 행하고, 감광기구(25)를 정지위치에 설정하여 기준이 되는 최대 휘도 (VH)를 기억하여 두고, 그것으로부터 측정대상의 쪽의 마스크를 상기 (1)과 마찬가지로 XY스테이지 위에 탑재 위치결정하여 초점맞춤점 화상을 얻어 상기 (5), (6)에서 측정을 행하면 좋다.

상기한 몇가지의 실시예에 의하면, 광학현미경의 분해능 이하의 미소한 피측정물에 대해서도 측정이 가능하게 된다.

본 발명은 주로 도 2 및 도 4의 블록도에 의거하여 설명하였다. 대부분의 블록도는 ROM(281)내에 저장되는 컴퓨터프로그램의 명령어에 의하여 실행할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한 상기한 설명은 본 발명의 실시예를 기준으로 하여 이루어졌고, 본 발명내에 기재한 청구항의 기술적 사상 및 범위를 일탈하지 않고 다양한 변경 및 수정을 할 수 있다는 점이 당업자에게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 피측정물이 자기헤드(GMR 헤드)의 트랙폭 측정의 경우에 도 5의 본 발명의 제 1 실시예에 의한 미소치수측정장치로 촬상한 TV모니터의 화상,

도 2는 본 발명의 제 2 실시예의 미소치수측정방법에 의한 도 1의 트랙폭 치수측정과정을 설명하는 플로우차트,

도 3a, 도 3b는 본 발명의 제 3 실시예의 미소치수측정방법에 의한 피측정물이 반도체 웨이퍼생성용 포토마스크의 선폭의 측정의 경우에 도 5의 미소치수측정장치로 촬상한 TV모니터의 화상,

도 4는 본 발명의 제 3 실시예의 미소치수측정방법에 의한 도 3a, 도 3b의 반도체 웨이퍼생성용 포토마스크의 선폭의 측정과정을 설명하는 플로우차트,

도 5는 본 발명의 제 1 실시예의 미소치수측정장치의 구성도,

도 6은 도 5의 TV모니터와, 그 TV모니터에 표시된 휘도분포의 예를 나타내는 도,

도 7은 광학현미경의 분해능(α)과 휘도분포의 관계도,

도 8은 종래의 미소치수의 측정을 설명하는 도,

도 9는 실제의 치수와 종래의 측정치의 특성도,

도 10은 실제의 치수값과 종래의 측정값과 본 발명의 측정값의 관계도,

도 11은 종래의 치수측정장치의 구성을 나타내는 도면이다.

Claims

광학현미경과;

이미지 센서를 사용하여 피측정물을 촬상하는 촬상장치와;

얻어진 영상신호를 처리함으로써 대상물의 소정부분의 미소치수를 산출하는 산출장치를 포함하는 미소치수측정장치에 있어서,

소정의 휘도레벨이 일치하는 2점의 신호위치를 추출하고, 상기 2점 사이의 신호위치의 추출 부분과 기준이 되는 최대 휘도의 추출 부분을 가지고, 상기 기준이 되는 최대 휘도의 추출 부분은 상기 2점 사이의 신호위치의 추출 부분 밖이고, 상기 2점 사이의 신호위치의 추출 부분에서 추출한 상기 2점 사이의 위치의 차와 상기 기준이 되는 최대 휘도에 대한 상기 2점 사이의 최대 휘도의 비율과의 승산에 의거하여 상기 피측정물의 치수를 측정하는 것을 특징으로 하는 미소치수측정장치.
제 1항에 있어서,

상기 소정의 휘도레벨은, 상기 대상물의 소정부분의 휘도레벨의 최대값과 최소값 사이의 소정레벨에 설정되는 것을 특징으로 하는 미소치수측정장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 피측정물의 소정부분의 치수를 M이라 한 경우, M을 하기식에 의하여 구하는 것을 특징으로 하는 미소치수측정장치.

M = M_O×(Vmax/VH)

여기서 M_O : 에지검출법으로 구한 치수값, Vmax : 제 1 휘도레벨에 일치하는 2점 사이에 있어서의 최대 휘도레벨, VH : 상기 광학현미경의 분해능(α)보다도 큰 부분에 있어서의 기준이 되는 최대 휘도레벨이다.
제 4항에 있어서,

상기 피측정물은 자기헤드의 트랙폭인 것을 특징으로 하는 미소치수측정장치.
제 4항에 있어서,

상기 피측정물은 반도체 웨이퍼생성용 포토마스크의 선폭인 것을 특징으로 하는 미소치수측정장치.
제 1항에 있어서,

상기 이미지센서에의 입사광량의 최적화를 위해 영상피크검출회로, 감광기구, DC모터, DC모터 구동펄스발생부를 포함하고,

상기 DC모터 구동펄스발생부가 상기 영상피크검출회로에서 영상신호의 피크치를 검출하여 상기 기준이 되는 최대 휘도와 비교하고 그 출력에 의해 상기 DC모터를 구동하여 상기 감광기구를 제어하는 것을 특징으로 하는 미소치수측정장치.
미소치수측정방법은,

광학현미경과 이미지센서를 사용하여 피측정물을 촬상하여 그 피측정물 중의 상기 광학현미경의 분해능에 상당하는 폭보다 넓은 부분의 휘도를 기준이 되는 최대 휘도레벨(VH)로서 검출하는 제 1 단계(130)와;

상기 피측정물의 측정부위를 가로지르는 1개의 측정라인상에서 상기 피측정물의 휘도-화소특성을 상기 이미지센서로 검출하여 화소단위로 메모리에 기억하는 제 2 단계(142)와;

상기 피측정물의 휘도-화소특성으로부터 최대 휘도(Vmax) 및 최소 휘도 (Vmin)를 구하는 제 3 단계(142)와;

상기 최대 휘도와 최소 휘도의 차에 소정의 비율을 승산하여 한계치 레벨을 구하는 제 4 단계(143)와;

상기 한계치 레벨에 상당하는 화소(복수) 사이의 거리(Nab)를 구하는 제 5 단계(144)와;

상기 거리에 상기 기준이 되는 최대 휘도레벨(VH)에 대한 상기 최대 휘도(Vmax)의 비율을 승산하여 얻은 값으로부터 상기 피측정물의 치수를 산출하는 제 6 단계(146)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미소치수측정방법.
제 8항에 있어서,

상기 제 1 단계 전에 상기 이미지센서에의 입사광량을 최적화하는 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 미소치수측정방법.
제 8항에 있어서,

상기 제 2 내지 제 6까지의 단계를 복수의 측정라인에 대하여 반복하고, 상기 제 6 단계(복수)에서 얻어진 상기 피측정물의 복수의 치수를 평균화하여 상기 피측정물의 더욱 정확한 치수를 산출하는 단계(150)를 더 가지는 것을 특징으로 하는 미소치수측정방법.