KR101692159B1 - 에지 위치 검출 장치 및 에지 위치 검출 방법 - Google Patents

에지 위치 검출 장치 및 에지 위치 검출 방법 Download PDF

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Abstract

에지 위치 검출 장치에서는, 기판상의 패턴 요소군을 나타내는 검사 화상에 있어서의 휘도 프로파일(71)이 취득된다. 계속하여, 교호로 배치되는 4개의 오목부(851~854)와 3개의 볼록부를 가지는 휘도 프로파일(71)에 대하여, 4개의 오목부(851~854)에 대응하는 4개의 종형 함수와, 3개의 볼록부에 대응하는 3개의 종형 함수를 합성한 좌우 대칭인 모델 함수(72)가, 패턴 요소군의 설계 데이터에 의거하는 구속 조건을 만족하면서 피팅된다. 그리고, 모델 함수(72)의 각 종형 함수에 포함되는 복수의 계수가 결정되어, 모델 함수(72)에 의거하여 선상 패턴 요소의 에지 위치가 구해진다. 이에 따라, 비교적 낮은 해상도로 취득된 검사 화상에 있어서도, 에지 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.

Description

에지 위치 검출 장치 및 에지 위치 검출 방법{EDGE POSITION DETECTING APPARATUS AND EDGE POSITION DETECTING METHOD}
본 발명은, 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서 해당 패턴 요소군에 포함되는 에지의 위치를 검출하는 기술에 관한 것이다.
종래부터, 반도체 기판, 유리 기판, 프린트 배선 기판 등의 제조 현장에서는, 대상물 상의 선상의 패턴 요소를 나타내는 화상에 있어서, 해당 패턴 요소의 폭(즉, 선폭) 등을 측정하는 것이 행해지고 있다. 이러한 측정에서는, 패턴 요소의 에지 위치를 정밀도 좋게 검출하는 것이 중요해진다.
예를 들면, 일본국 특허공개 2012－73177호 공보(문헌 1)의 에지 위치 검출 장치에서는, 패턴 요소의 에지 위치를 재현성 좋게 구하는 수법이 제안되어 있다. 해당 에지 위치 검출 장치에서는, 화상 상의 패턴 요소의 폭방향에 있어서의 휘도 프로파일이 취득된다. 계속하여, 해당 휘도 프로파일에 있어서 에지를 나타내는 경사부에 포함되는 복수의 화소 위치의 일부인 대상 위치군이 결정된다. 다음에, 대상 위치군에 포함되는 화소 위치에 있어서의 휘도 분포가 근사식에 근사되고, 해당 근사식에 의거하여, 소정의 에지 휘도(역치)로 되는 위치가 에지 후보 위치로서 취득된다. 그리고, 복수의 대상 위치군에 대응하는 복수의 에지 후보 위치에 의거하여, 최종적인 에지 위치가 구해진다.
그런데, 상술과 같은 에지 위치의 검출에 사용되는 화상이, 비교적 낮은 해상도의 카메라에 의해 취득된 경우, 휘도 프로파일에 있어서 에지를 나타내는 경사부의 구배가 작아져, 에지 위치를 고정밀도로 검출하는 것이 어렵다. 또한, 근접하여 배치된 패턴 요소간의 배경 영역과 패턴 요소의 콘트라스트가 현저하게 저하하여, 에지 위치를 검출할 수 없을 우려도 있다.
본 발명은, 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서 해당 패턴 요소군에 포함되는 에지의 위치를 검출하는 에지 위치 검출 장치에 적합하고, 비교적 낮은 해상도로 취득된 화상에 있어서, 에지 위치를 고정밀도로 검출하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 본 발명은, 에지 위치 검출 방법에도 적합하다.
본 발명에 관련된 에지 위치 검출 장치는, 대상물 상에 있어서 제1의 방향을 향하는 1개의 선상 패턴 요소, 또는, 상기 제1의 방향에 수직인 제2의 방향으로 배열된 상기 제1의 방향을 향하는 복수의 선상 패턴 요소인 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서, 상기 패턴 요소군에 포함되는 적어도 1개의 에지의 상기 제2의 방향에 있어서의 위치를 검출한다. 해당 에지 위치 검출 장치는, 상기 대상물 상의 상기 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서, 상기 제2의 방향에 평행하며 상기 패턴 요소군에 교차하는 교차 방향에 있어서의 휘도 프로파일을 취득하는 프로파일 취득부와, 상기 교차 방향에 있어서 교호로 배치되는 m개의 오목부와 (m－1)개의 볼록부를 가지는 상기 휘도 프로파일에 대하여, 상기 m개의 오목부에 대응하는 m개의 종형 함수와 상기 (m－1)개의 볼록부에 대응하는 (m－1) 개의 종형 함수를 합성한 상기 교차 방향에 있어서 좌우 대칭인 모델 함수를, 상기 패턴 요소군의 설계 데이터에 의거하는 구속 조건을 만족시키면서 피팅하고, 상기 모델 함수의 상기 m개의 종형 함수 및 상기 (m－1)개의 종형 함수에 포함되는 복수의 계수를 결정하는 연산부와, 상기 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구하는 에지 위치 취득부를 구비한다. 해당 에지 위치 검출 장치에 의하면, 비교적 낮은 해상도로 취득된 화상에 있어서, 에지 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 실시의 형태에서는, 상기 m개의 종형 함수 및 상기 (m－1)개의 종형 함수가 각각 가우스 함수이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시의 형태에서는, 상기 에지 위치 취득부가, 상기 모델 함수의 상기 복수의 계수를 보정함으로써, 상기 m개의 오목부에 대응하는 각 오목부의 극치와 상기 (m－1) 개의 볼록부에 대응하는 각 볼록부의 극치의 차가, 상기 휘도 프로파일보다도 확대된 보정 모델 함수를 취득하고, 상기 보정 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시의 형태에서는, 상기 패턴 요소군을 구성하는 선상 패턴 요소의 수가 2이다.
보다 바람직하게는, 상기 패턴 요소군이, 미세측장용 패턴에 포함된다.
상술의 목적 및 다른 목적, 특징, 모양 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 이하에 행하는 본 발명의 상세한 설명에 의해 명백해진다.
본 발명은, 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서 해당 패턴 요소군에 포함되는 에지의 위치를 검출하는 에지 위치 검출 장치에 적합하고, 비교적 낮은 해상도로 취득된 화상에 있어서, 에지 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 또한, 본 발명은, 에지 위치 검출 방법에도 적합한 효과가 있다.
도 1은 하나의 실시의 형태에 관련된 패턴 측정 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 검사 화상을 나타내는 도면이다.
도 3은 컴퓨터의 기능 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 선상 패턴 요소의 선폭을 측정하는 처리의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 검사 화상을 나타내는 도면이다.
도 6은 휘도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 7은 휘도 프로파일 및 모델 함수를 나타내는 도면이다.
도 8은 복수의 종형 함수를 나타내는 도면이다.
도 9는 검사 화상을 나타내는 도면이다.
도 10은 휘도 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 11은 휘도 프로파일 및 모델 함수를 나타내는 도면이다.
도 12는 선상 패턴 요소의 선폭을 측정하는 처리의 흐름의 일부를 나타내는 도면이다.
도 13은 휘도 프로파일, 모델 함수 및 보정 모델 함수를 나타내는 도면이다.
도 14는 휘도 프로파일 및 모델 함수를 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시의 형태에 관련된 패턴 측정 장치(1)의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 패턴 측정 장치(1)는, 대상물인 반도체 기판, 유리 기판 또는 프린트 배선 기판등(이하, 간단히 「기판(9)」이라고 한다) 상에 형성된 패턴에 있어서, 선상의 패턴 요소의 폭(즉, 선폭)을 측정하는 자동 측장기이다.
패턴 측정 장치(1)는, 스테이지(21)와, 스테이지 구동부(22)와, 촬상부(3)를 구비한다. 스테이지(21)는, 기판(9)을 유지한다. 스테이지 구동부(22)는, 촬상부(3)에 대하여 스테이지(21)를 상대적으로 이동한다. 스테이지 구동부(22)는 볼 나사, 가이드 레일, 모터 등에 의해 구성된다. 촬상부(3)는, 스테이지(21)의 상방(즉, (＋z)측)에 배치되어, 기판(9) 상의 검사 대상 영역을 촬상하여 화상 데이터를 취득한다. 촬상부(3)는, 조명부(31)와, 광학계(32)와, 촬상 디바이스(33)를 구비한다. 조명부(31)는, 조명광을 출사한다. 광학계(32)는, 기판(9)에 조명광을 이끄는 것과 더불어 기판(9)으로부터의 광이 입사된다. 촬상 디바이스(33)는, 광학계(32)에 의해 결상된 기판(9)의 상을 전기 신호로 변환한다.
패턴 측정 장치(1)에는, 또한, 각종 연산 처리를 행하는 CPU나 각종 정보를 기억하는 메모리 등에 의해 구성된 컴퓨터(5)가 설치된다. 컴퓨터(5)가 스테이지 구동부(22) 및 촬상부(3)를 제어함으로써, 기판(9) 상의 검사 대상 영역이 촬상된다. 이하, 촬상부(3)에 의해 취득된 기판(9)의 검사 대상 영역의 화상을 「검사 화상」이라고 한다.
도 2는, 검사 화상(81)을 나타내는 도면이다. 검사 화상(81)에서는, 기판(9) 상에 있어서 y방향을 향하는 복수의 선상 패턴 요소(82)인 패턴 요소군(83)이 나타난다. 복수의 선상 패턴 요소(82)는, y방향에 수직인 x방향으로 배열된다. 여기서, y방향 및 x방향을 각각 「제1의 방향」 및 「제2의 방향」으로 부르면, 패턴 요소군(83)은, 제1의 방향에 수직인 제2의 방향으로 배열된 제1의 방향을 향하는 복수의 선상 패턴 요소(82)이다. 도 2에 나타내는 예에서는, 패턴 요소군(83)은, 서로 대략 평행한 2개의 선상 패턴 요소(82)이다. 환언하면, 패턴 요소군(83)을 구성하는 선상 패턴 요소(82)의 수는 2이다. 패턴 요소군(83)은, 기판(9) 상에 형성되는 패턴의 검사에 이용되는 미세측장용 패턴에 포함된다. 2개의 선상 패턴 요소(82)의 설계 상의 형상(예를 들면, 선상 패턴 요소(82)의 선폭이나 기판(9) 상의 높이)은, 서로 동일하다.
패턴 측정 장치(1)의 후술하는 에지 위치 검출 장치(50)에서는, 패턴 요소군(83)에 포함되는 적어도 1개의 에지(84)의 x방향(즉, 제2의 방향)에 있어서의 위치가 검출된다. 이하의 설명에서는, 도 2에 예시하는 2개의 선상 패턴 요소(82)의 각 2개의 에지(84), 즉, 서로 대략 평행한 4개의 에지(84)의 x방향에 있어서의 위치가, 에지 위치 검출 장치(50)에 의해 검출된다.
도 3은, 컴퓨터(5)가 소정의 프로그램을 실행함으로써 실현되는 기능 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3에서는, 컴퓨터(5) 이외의 구성도 함께 나타낸다. 도 3의 에지 위치 검출 장치(50)의 프로파일 취득부(51), 연산부(52) 및 에지 위치 취득부(53)와, 선폭 산출부(54)가, 컴퓨터(5)에 의해 실현되는 기능이다. 또한, 에지 위치 검출 장치(50) 및 선폭 산출부(54)의 기능은 전용의 전기적 회로에 의해 실현되어도 되고, 부분적으로 전용의 전기적 회로가 이용되어도 된다.
도 4는, 패턴 측정 장치(1)가 선상 패턴 요소(82)(도 2 참조)의 선폭을 측정하는 처리의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 1에 나타내는 패턴 측정 장치(1)에서는, 기판(9) 상의 검사 대상 영역에 포함되는 패턴 요소군(83)을 나타내는 검사 화상(81)(도 2 참조)이, 촬상부(3)에 의해 취득된다(단계 S11). 검사 화상(81)의 데이터는, 촬상부(3)로부터 도 3에 나타내는 프로파일 취득부(51)로 출력된다.
프로파일 취득부(51)에서는, 도 5의 검사 화상(81) 중에서 부호 D1를 붙이는 흰색 직사각형으로 둘러싸는 영역이 주목 영역으로서 특정된다. 주목 영역의 특정은, 작업자가 컴퓨터(5)의 입력부를 통하여 특정해도 된다. 주목 영역(D1)의 외측 가장자리를 표시하는 직사각형의 각 변은 x방향 또는 y방향에 평행하다. 프로파일 취득부(51)에서는, 주목 영역(D1) 내에서 x방향으로 배열된 복수의 화소를 화소열로 하고, y방향으로 배열된 복수의 화소열의 각각에 있어서, 화소의 휘도(화소치)의 x방향에 있어서의 분포가 구해진다.
계속하여, 주목 영역(D1) 내의 x방향의 각 화소의 위치(이하, 「화소 위치」라고 한다)에 있어서, y방향으로 배열되는 복수의 화소에 있어서의 휘도의 평균치(단순 평균치)가 산출된다. 프로파일 취득부(51)에서는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 주목 영역(D1) 내에 있어서의 휘도의 평균치의 x방향의 분포가 휘도 프로파일(71)로서 취득된다(단계 S12). 환언하면, 프로파일 취득부(51)에 의해, 상기 제2의 방향에 평행하며 패턴 요소군(83)에 교차하는 교차 방향에 있어서의 휘도 프로파일(71)이 취득된다. 이하의 설명에서는, y방향으로 배열된 복수의 화소에 있어서의 휘도의 평균치도 마찬가지로 「휘도」라고 부른다. 도 6에서는, 패턴 요소군(83)의 주위의 배경 영역에 있어서의 휘도를 약 1.0으로 하여 휘도 프로파일(71)을 그리고 있다. 후술하는 다른 도면에 있어서도 동일하다.
도 6에 예시하는 휘도 프로파일(71)은, 도 5 중의 2개의 선상 패턴 요소(82)의 4개의 에지(84)에 대응하는 4개의 오목부(851~854)를 가진다. 휘도 프로파일(71)은, 또한, 각 선상 패턴 요소(82)의 2개의 에지(84)간의 영역에 대응하는 2개의 볼록부(861, 863)와, 2개의 선상 패턴 요소(82)의 사이의 영역(즉, 배경 영역)에 대응하는 1개의 볼록부(862)를 가진다. 즉, 휘도 프로파일(71)은, x방향(상술의 교차 방향)에 있어서 교호로 배치되는 4개의 오목부(851~854)와, 오목부(851~854)보다도 1개 적은 3개의 볼록부(861~863)를 가진다.
다음에, 연산부(52)(도 3 참조)에 있어서, 도 6에 나타내는 휘도 프로파일(71)에 대한 모델 함수의 피팅이 행해진다. 도 7은, 피팅 후의 해당 모델 함수(72)를, 휘도 프로파일(71)과 함께 나타내는 도면이다. 도 7에서는, 모델 함수(72)를 실선으로 나타내고, 휘도 프로파일(71)을 일점 쇄선으로 나타낸다(도 11 및 도 14에 있어서도 동일). 모델 함수(72)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상기 4개의 오목부(851~854)에 대응하는 4개의 종형 함수(731~734)와, 상기 3개의 볼록부(861~863)에 대응하는 3개의 종형 함수(741~743)를 합성한 함수이다. 도 8에서는, 종형 함수(731~734, 74 1~743)를 실선으로 나타내고, 휘도 프로파일(71)을 일점 쇄선으로 나타낸다. 도 8에 예시하는 종형 함수(731~734, 741~743)는 각각 수 1에 나타내는 가우스 함수이다. 다만, 도 8에서는, 종형 함수(731~734, 741~743)에 대하여, 수 1의 Gn(x)로부터 계수 an를 감산한 값을 나타낸다. 모델 함수(72)는, 수 2로 나타낸다.
Figure 112015072233535-pat00001
Figure 112015072233535-pat00002
수 1 및 수 2 중의 첨자 n이 「1」인 함수는, 도 5 중의 (－x)측의 선상 패턴 요소(82)의 (－x)측의 에지(84)에 대응한다. n이 「2」인 함수는, 도 5 중의 (－x)측의 선상 패턴 요소(82)에 있어서의 2개의 에지(84) 사이의 영역에 대응한다. n이 「3」인 함수는, 도 5중의 (－x)측의 선상 패턴 요소(82)의 (＋x)측의 에지(84)에 대응한다. n이 「4」인 함수는, 도 5 중의 2개의 선상 패턴 요소(82) 사이의 영역, 즉, (－x)측의 선상 패턴 요소(82)의 (＋x)측의 에지(84)와 (＋x)측의 선상 패턴 요소(82)의 (－x)측의 에지(84) 사이의 영역에 대응한다. n이 「5」인 함수는, 도 5 중의 (＋x)측의 선상 패턴 요소(82)의 (－x)측의 에지(84)에 대응한다. n이 「6」인 함수는, 도 5 중의 (＋x)측의 선상 패턴 요소(82)에 있어서의 2개의 에지(84) 사이의 영역에 대응한다. n이 「7」인 함수는, 도 5 중의 (＋x)측의 선상 패턴 요소(82)의 (＋x)측의 에지(84)에 대응한다.
모델 함수(72)의 상기 피팅은, 패턴 요소군(83)의 설계 데이터에 의거하는 구속 조건을 만족하면서 행해진다. 상기 기술과 같이, 패턴 요소군(83)의 2개의 선상 패턴 요소(82)는 동형상이므로, 수 3에 나타내는 구속 조건을 만족하도록 모델 함수(72)의 피팅이 행해진다. 모델 함수(72)는, x방향(즉, 상술의 교차 방향)에 있어서 좌우 대칭이다.
Figure 112015072233535-pat00003
연산부(52)에서는, 수 3에 나타내는 구속 조건을 만족하면서, 도 7에 나타내는 바와 같이, 최적화법 등에 의해 모델 함수(72)의 휘도 프로파일(71)에 대한 피팅이 행해져, 모델 함수(72)의 4개의 종형 함수(731~734) 및 3개의 종형 함수(741~743)에 포함되는 복수의 계수 an, bn, cn, dn(다만, n＝1∼7)가 결정된다(단계 S13).
계속하여, 에지 위치 취득부(53)(도 3 참조)에 의해, 모델 함수(72)에 의거하여 2개의 선상 패턴 요소(82)의 4개의 에지(84)의 위치가 구해진다(단계 S14). 에지(84)의 위치는, 예를 들면, 모델 함수(72)의 계수 C1, C3, C5, C7에 의거하여 결정된다. 4개의 에지(84)의 x방향에 있어서의 위치는, 예를 들면, 계수 C1, C3, C5, C7에 동일한 값으로 된다. 이 경우, 4개의 에지(84)의 x방향에 있어서의 위치는, 모델 함수(72)에 있어서 휘도 프로파일(71)의 오목부(851~854)에 대응하는 오목부(871~874)의 휘도가 최소로 되는 중심 위치이다. 그 후, 선폭 산출부(54)(도 3 참조)에 의해, 4개의 에지(84)의 x방향에 있어서의 위치에 의거하여, 2개의 선상 패턴 요소(82)의 x방향의 선폭이 구해진다(단계 S15).
이상에 설명한 것처럼, 패턴 측정 장치(1)의 에지 위치 검출 장치(50)에서는, 기판(9) 상의 패턴 요소군(83)을 나타내는 검사 화상(81)에 있어서, 상술의 교차 방향(x방향)에 있어서의 휘도 프로파일(71)이 프로파일 취득부(51)에 의해 취득된다. 계속하여, 해당 교차 방향에 있어서 교호로 배치되는 4개의 오목부(851~854)와 3개의 볼록부(861~863)를 가지는 휘도 프로파일(71)에 대하여, 4개의 오목부(851~854)에 대응하는 4개의 종형 함수(731~734)와, 3개의 볼록부(861~863)에 대응하는 3개의 종형 함수(741~743)를 합성한 좌우 대칭인 모델 함수(72)가, 패턴 요소군(83)의 설계 데이터에 의거하는 구속 조건을 만족하면서, 연산부(52)에 의해 피팅된다. 그리고, 모델 함수(72)의 4개의 종형 함수(731~734) 및 3개의 종형 함수(741~743)에 포함되는 복수의 계수 an, bn, cn, dn(다만, n＝1∼7)가 결정된다. 그 후, 에지 위치 취득부(53)에 의해, 상기 모델 함수(72)에 의거하여, 2개의 선상 패턴 요소(82)의 4개의 에지(84)의 위치가 구해진다.
이와 같이, 에지 위치 검출 장치(50)에서는, 휘도 프로파일(71)에 대하여 상기 모델 함수(72)를 피팅함으로써, 휘도 프로파일(71)에 있어서 에지(84)를 나타내는 경사부의 구배가 작은 경우나, 근접하여 배치된 선상 패턴 요소(82)간의 배경 영역과 선상 패턴 요소(82)의 콘트라스트가 낮은 경우 등에도, 에지(84)의 위치를 고정밀도로 구할 수 있다. 즉, 에지 위치 검출 장치(50)에서는, 비교적 낮은 해상도에서 취득된 검사 화상(81)에 있어서도, 에지 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 그 결과, 패턴 측정 장치(1)에서는, 각 선상 패턴 요소(82)의 선폭을 고정밀도로 측정할 수 있다.
상술과 같이, 에지 위치 검출 장치(50)에서는, 4개의 종형 함수(731~734) 및 3개의 종형 함수(741~743)가 각각 가우스 함수이다. 이에 따라, 휘도 프로파일(71)에 대하여 모델 함수(72)를 고정밀도로 피팅할 수 있다. 그 결과, 에지 위치 취득부(53)에 의한 에지 위치의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 또한, 각 선상 패턴 요소(82)의 선폭의 측정 정밀도를 향상시킬 수도 있다.
에지 위치 검출 장치(50)는, 상술과 같이, 근접하여 배치된 선상 패턴 요소(82)간의 배경 영역과 선상 패턴 요소(82)의 콘트라스트가 낮은 경우에도, 에지 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 따라서, 에지 위치 검출 장치(50)는, 패턴 요소군(83)을 구성하는 선상 패턴 요소(82)의 수가 2, 또는, 3이상인 경우의 에지 위치의 검출에 특히 적합하다. 또한, 에지 위치 검출 장치(50)는, 선상 패턴 요소(82)가 미세하고 또한 근접해 있는 경우, 예를 들면, 선상 패턴 요소(82)의 수가 2인 패턴 요소군(83)이, 미세측장용 패턴에 포함되는 경우에 특히 적합하다.
도 9는, 다른 검사 화상(81a)을 나타내는 도면이다. 도 9에 나타내는 검사 화상(81a)에서는, 도 2에 나타내는 검사 화상(81)과 마찬가지로, 서로 대략 평행한 2개의 선상 패턴 요소(82)에 의해 구성되는 패턴 요소군(83)이 나타난다. 검사 화상(81a)은, 도 2에 나타내는 검사 화상(81)을 취득한 카메라보다도 낮은 해상도의 카메라로 취득된 화상이다. 따라서, 검사 화상(81a)에서는, 도 2에 나타내는 검사 화상(81)에 비해, 2개의 선상 패턴 요소(82)간의 배경 영역과 선상 패턴 요소(82)의 콘트라스트가 낮다.
도 10은, 도 9에 나타내는 검사 화상(81a)으로부터, 프로파일 취득부(51)(도 3 참조)에 의해 취득된 휘도 프로파일(71a)을 나타내는 도면이다. 상술과 같이, 검사 화상(81a)에서는, 2개의 선상 패턴 요소(82)간의 배경 영역과 선상 패턴 요소(82)의 콘트라스트가 낮기 때문에, 만일 소정의 휘도(역치)로 검사 화상(81a)을 2치화하여 에지 위치를 구하고자 하면, 해당 역치를 미세하게 변경하는 것만으로, 산출되는 에지 위치가 크게 변화되어 버린다.
이에 대하여, 상술의 에지 위치 검출 장치(50)에서는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 휘도 프로파일(71a)에 대하여 상기 모델 함수(72)를 피팅하여, 해당 모델 함수(72)에 의거하여 에지 위치를 구함으로써, 비교적 낮은 해상도로 취득된 검사 화상(81)에 있어서도, 에지 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다. 그 결과, 패턴 측정 장치(1)에서는, 각 선상 패턴 요소(82)의 선폭을 고정밀도로 측정할 수 있다.
에지 위치 검출 장치(50)에서는, 단계 S14에 있어서 모델 함수(72)에 의거하여 에지(84)의 위치를 구할 때에, 모델 함수(72)가 보정되어도 된다. 예를 들면, 단계 S14는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 모델 함수(72)의 보정에 관련된 단계 S141, S142를 구비한다.
이 경우, 도 4에 나타내는 단계 S11~S13의 종료 후, 도 11에 나타내는 모델 함수(72)의 복수의 계수 an, bn, cn, dn(다만, n＝1∼7)가, 에지 위치 취득부(53)(도 3 참조)에 의해 보정된다. 이에 따라, 도 13에 나타내는 바와 같이, 4개의 오목부(851~854)에 대응하는 각 오목부(871a~874a)의 극치(최소치)와 3개의 볼록부(861~863)에 대응하는 각 볼록부(881a~883a)의 극치(최대치)의 차가, 모델 함수(72) 및 휘도 프로파일(71a)보다도 확대된 보정 모델 함수(75)가 취득된다(단계 S141). 도 13에서는, 보정 모델 함수(75)를 실선으로 나타내고, 모델 함수(72) 및 휘도 프로파일(71)을 각각 파선 및 일점 쇄선으로 나타낸다.
그리고, 에지 위치 취득부(53)에 의해, 보정 모델 함수(75)에 의거하여 2개의 선상 패턴 요소(82)의 4개의 에지(84)의 위치가 구해진다(단계 S142). 단계 S142에서는, 예를 들면, 모델 함수(72)의 각 오목부(871~874)(도 11 참조)의 최소치와, 패턴 요소군(83)의 주위의 배경 영역에 있어서의 휘도(도 13에서는, 1.0)의 차의 약 10%만큼, 각 오목부(871~874)의 최소치보다도 큰 휘도 4.0을 역치로 하여, 해당 역치와 보정 모델 함수(75)의 각 오목부(871a~874a)의 교점이 구해진다. 그리고, 각 오목부(871a~874a)의 최소치보다도 배경 영역에 가까운 쪽의 교점(856)이, 에지(84)(도 9 참조)의 x방향에 있어서의 위치로서 구해진다.
이와 같이, 에지 위치 취득부(53)에서는, 4개의 오목부(871a~874a)의 극치와 3개의 볼록부(881a~883a)의 극치의 차가 확대된 보정 모델 함수(75)가 모델 함수(72)에 의거하여 취득되고, 해당 보정 모델 함수(75)에 의거하여 에지(84)의 x방향에 있어서의 위치가 구해진다. 이에 따라, 오목부(871a~874a)가 극치(최소치)가 되는 위치 이외의 위치를 에지(84)의 위치로 하는 경우에도, 보정 모델 함수(75)의 오목부(871a~874a)의 기울기가 크기 때문에, 에지 위치를 한층 더 고정밀도로 검출할 수 있다. 그 결과, 패턴 측정 장치(1)에서는, 단계 S15에 있어서, 각 선상 패턴 요소(82)의 선폭을 고정밀도로 구할 수 있다.
상술의 검사 화상(81, 81a)에서 나타내는 패턴 요소군(83)은, 기판(9) 상에 있어서 y방향을 향하는 1개의 선상 패턴 요소(82)여도 된다. 이 경우, 프로파일 취득부(51)에 의해 취득되는 휘도 프로파일(71b)은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 선상 패턴 요소(82)의 2개의 에지에 대응하는 2개의 오목부(851, 852)와, 선상 패턴 요소(82)의 2개의 에지간의 영역에 대응하는 1개의 볼록부(861)를 가진다.
연산부(52)에서는, 해당 휘도 프로파일(71b)에 대하여, 2개의 오목부(851, 852)에 대응하는 2개의 종형 함수와 1개의 볼록부(861)에 대응하는 1개의 종형 함수를 합성한 좌우 대칭인 모델 함수(72b)를 피팅한다. 해당 피팅은, 패턴 요소군(83)(즉, 1개의 선상 패턴 요소(82))의 설계 데이터에 의거하는 구속 조건을 만족하면서 행해져, 모델 함수(72b)의 상기 3개의 종형 함수에 포함되는 복수의 계수가 결정된다. 그리고, 에지 위치 취득부(53)에 의해, 모델 함수(72b)에 의거하여 상기 2개의 에지의 x방향에 있어서의 위치가 구해진다. 이에 따라, 비교적 낮은 해상도로 취득된 검사 화상에 있어서도, 에지 위치를 고정밀도로 검출할 수 있다.
이와 같이, 에지 위치의 산출에 이용되는 휘도 프로파일에서는, 오목부의 수, 및, 오목부보다도 1개 적은 볼록부의 수는, 적절히 변경되어도 된다. 즉, 검사 화상에 나타내는 휘도 프로파일은, m개(다만, m은 2이상의 자연수)의 오목부와, (m－1)개의 볼록부를 가지고, 휘도 프로파일에 대하여 피팅되는 모델 함수는, m개의 오목부에 대응하는 m개의 종형 함수와, (m－1) 개의 볼록부에 대응하는 (m－1)개의 종형 함수를 합성한 함수이다. 상기 오목부는, 상술과 같이 선상 패턴 요소의 에지에 대응하기 때문에, m은 바람직하게는 짝수이다.
또한, 휘도 프로파일의 오목부는, 선상 패턴 요소(82)의 에지 이외의 영역에 대응하는 경우도 생각할 수 있다. 예를 들면, 패턴 요소군(83)이 1개의 선상 패턴 요소(82)에 의해 구성되고, 해당 선상 패턴 요소(82)의 2개의 에지(84) 및 x방향의 중앙부가, 검사 화상(81) 상에 있어서 어둡게 표시되고, 그 이외의 부위가 밝게 표시되는 경우, 휘도 프로파일은, 2개의 에지(84) 및 중앙부에 대응하는 3개의 오목부와, 해당 3개의 오목부 사이에 위치하는 2개의 볼록부를 가진다.
상술의 패턴 측정 장치(1) 및 에지 위치 검출 장치(50)에서는, 다양한 변경이 가능하다.
예를 들면, 프로파일 취득부(51)에서는, x방향으로 배열되는 복수의 화소인 1개의 화소열에 있어서의 휘도의 변화가 휘도 프로파일로 되도 된다. 다만, 노이즈 등의 영향을 억제하기 위해서는, x방향의 각 화소 위치에 있어서, y방향으로 배열된 복수의 화소의 휘도의 평균치나 중앙치, 최빈치 등의 대표치가 구해지고, 해당 화소 위치의 휘도를 해당 대표치로 하는 휘도 프로파일이 구해지는 것이 바람직하다.
상술과 같이, 패턴 요소군(83)을 구성하는 선상 패턴 요소(82)의 수는, 1이어도 되고, 2이상이어도 된다. 또한, 패턴 요소군(83)은, 미세측장용 패턴 이외의 다양한 패턴의 일부 또는 전체여도 된다.
상기 설명에서는, 모델 함수(72, 72b)는, 복수의 가우스 함수를 합성한 함수인데, 연산부(52)에 의해 휘도 프로파일에 대하여 피팅되는 모델 함수는, 가우스 함수 이외의 다양한 종형 함수(예를 들면, 로지스틱 함수나, 사인 관수 또는 여현 함수의 반주기분)를 합성한 함수여도 된다.
단계 S14에 있어서 보정 모델 함수(75)를 취득하지 않는 경우, 4개의 에지(84)의 위치는, 반드시 계수 C1, C3, C5, C7과 동일한 값일 필요는 없고, 모델 함수(72)에 의거하여 구해져도 된다. 예를 들면, 보정 모델 함수(75)가 취득되는 케이스(도 14 참조)에서 설명한 것처럼, 소정의 역치와 모델 함수(72)의 각 오목부(871~874)의 교점이 에지 위치로서 구해져도 된다.
패턴 측정 장치(1)에서는, 에지 위치 검출 장치(50)에 의해 검출된 선상 패턴 요소(82)의 에지 위치에 의거하여, 해당 선상 패턴 요소(82)의 기판(9) 상에 있어서의 위치 등이 취득되어도 된다. 또한, 에지 위치 검출 장치(50)는, 패턴 측정 장치(1)로부터 독립하여 이용되어도 된다. 이러한 경우, 에지 위치 검출 장치(50)에 의해, 패턴 요소군(83)에 포함되는 적어도 1개의 에지(84)가, 상기 모델 함수에 의거하여, 또는, 상기 모델 함수에 의거하는 보정 모델 함수에 의거하여 구해진다.
패턴 측정 장치(1) 및 에지 위치 검출 장치(50)에 있어서의 처리 대상물은, 선상 패턴 요소가 형성된 기판(9) 이외에, 선상 패턴 요소가 형성된 필름형상의 기재 등이어도 된다.
상기 실시의 형태 및 각 변형예에 있어서의 구성은, 서로 모순되지 않는한 적절히 조합되어도 된다.
발명을 상세하게 묘사하여 설명했는데, 기술의 설명은 예시적이며 한정적인 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 일탈하지 않는 한, 다수의 변형이나 양태가 가능하다고 할 수 있다.
9: 기판 50: 에지 위치 검출 장치
51: 프로파일 취득부 52: 연산부
53: 에지 위치 취득부 71, 71a, 71b: 휘도 프로파일
72, 72b: 모델 함수 75: 보정 모델 함수
81, 81a: 검사 화상 82: 선상 패턴 요소
83: 패턴 요소군 84: 에지
731~734, 741~743: 종형 함수 851~854: (휘도 프로파일의)오목부
861~863: (휘도 프로파일의)볼록부 871a~874a: (보정 모델 함수의)오목부
881a~883a: (보정 모델 함수의)볼록부
S11~S15, S141, S142: 단계

Claims (12)

  1. 대상물 상에 있어서 제1의 방향을 향하는 1개의 선상 패턴 요소 또는 상기 제1의 방향에 수직인 제2의 방향으로 배열된 상기 제1의 방향을 향하는 복수의 선상 패턴 요소인, 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서, 상기 패턴 요소군에 포함되는 적어도 1개의 에지의 상기 제2의 방향에 있어서의 위치를 검출하는 에지 위치 검출 장치로서,
    상기 대상물 상의 상기 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서, 상기 제2의 방향에 평행하며 상기 패턴 요소군에 교차하는 교차 방향에 있어서의 휘도 프로파일을 취득하는 프로파일 취득부와,
    상기 교차 방향에 있어서 교호로 배치되는 m개의 오목부와 (m－1)개의 볼록부를 가지는 상기 휘도 프로파일에 대하여, 상기 m개의 오목부에 대응하는 m개의 종형 함수와 상기 (m－1)개의 볼록부에 대응하는 (m－1)개의 종형 함수를 합성한 상기 교차 방향에 있어서 좌우 대칭인 모델 함수를, 상기 패턴 요소군의 설계 데이터에 의거하는 구속 조건을 만족시키면서 피팅하고, 상기 모델 함수의 상기 m개의 종형 함수 및 상기 (m－1)개의 종형 함수에 포함되는 복수의 계수를 결정하는 연산부와,
    상기 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구하는 에지 위치 취득부를 구비하는, 에지 위치 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 m개의 종형 함수 및 상기 (m－1)개의 종형 함수가 각각 가우스 함수인, 에지 위치 검출 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 에지 위치 취득부가, 상기 모델 함수의 상기 복수의 계수를 보정함으로써, 상기 m개의 오목부에 대응하는 각 오목부의 극치와 상기 (m－1)개의 볼록부에 대응하는 각 볼록부의 극치의 차가, 상기 휘도 프로파일보다도 확대된 보정 모델 함수를 취득하고, 상기 보정 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구하는, 에지 위치 검출 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 에지 위치 취득부가, 상기 모델 함수의 상기 복수의 계수를 보정함으로써, 상기 m개의 오목부에 대응하는 각 오목부의 극치와 상기 (m－1)개의 볼록부에 대응하는 각 볼록부의 극치의 차가, 상기 휘도 프로파일보다도 확대된 보정 모델 함수를 취득하고, 상기 보정 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구하는, 에지 위치 검출 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴 요소군을 구성하는 선상 패턴 요소의 수가 2인, 에지 위치 검출 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 패턴 요소군이 미세측장용(微細測長用) 패턴에 포함되는, 에지 위치 검출 장치.
  7. 대상물 상에 있어서 제1의 방향을 향하는 1개의 선상 패턴 요소 또는 상기 제1의 방향에 수직인 제2의 방향으로 배열된 상기 제1의 방향을 향하는 복수의 선상 패턴 요소인, 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서, 상기 패턴 요소군에 포함되는 적어도 1개의 에지의 상기 제2의 방향에 있어서의 위치를 검출하는 에지 위치 검출 방법으로서,
    a) 상기 대상물 상의 상기 패턴 요소군을 나타내는 화상에 있어서, 상기 제2의 방향에 평행하며 상기 패턴 요소군에 교차하는 교차 방향에 있어서의 휘도 프로파일을 취득하는 공정과,
    b) 상기 교차 방향에 있어서 교호로 배치되는 m개의 오목부와 (m－1)개의 볼록부를 가지는 상기 휘도 프로파일에 대하여, 상기 m개의 오목부에 대응하는 m개의 종형 함수와 상기 (m－1)개의 볼록부에 대응하는 (m－1)개의 종형 함수를 합성한 상기 교차 방향에 있어서 좌우 대칭인 모델 함수를, 상기 패턴 요소군의 설계 데이터에 의거하는 구속 조건을 만족시키면서 피팅하고, 상기 모델 함수의 상기 m개의 종형 함수 및 상기 (m－1)개의 종형 함수에 포함되는 복수의 계수를 결정하는 공정과,
    c) 상기 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구하는 공정을 구비하는, 에지 위치 검출 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 m개의 종형 함수 및 상기 (m－1)개의 종형 함수가 각각 가우스 함수인, 에지 위치 검출 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 c) 공정이,
    c1) 상기 모델 함수의 상기 복수의 계수를 보정함으로써, 상기 m개의 오목부에 대응하는 각 오목부의 극치와 상기 (m－1)개의 볼록부에 대응하는 각 볼록부의 극치의 차가, 상기 휘도 프로파일보다도 확대된 보정 모델 함수를 취득하는 공정과,
    c2) 상기 보정 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구하는 공정을 구비하는, 에지 위치 검출 방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 c) 공정이,
    c1) 상기 모델 함수의 상기 복수의 계수를 보정함으로써, 상기 m개의 오목부에 대응하는 각 오목부의 극치와 상기 (m－1)개의 볼록부에 대응하는 각 볼록부의 극치의 차가, 상기 휘도 프로파일보다도 확대된 보정 모델 함수를 취득하는 공정과,
    c2) 상기 보정 모델 함수에 의거하여 상기 적어도 1개의 에지의 위치를 구하는 공정을 구비하는, 에지 위치 검출 방법.
  11. 청구항 7 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패턴 요소군을 구성하는 선상 패턴 요소의 수가 2인, 에지 위치 검출 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 패턴 요소군이 미세측장용 패턴에 포함되는, 에지 위치 검출 방법.
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