KR20060041943A - 광학식 측정 장치 및 광학식 측정 방법 - Google Patents

Abstract

과제

전극의 주기 배열 패턴에 대한 측정을 정밀도 좋게 행할 수 있도록 한다.

해결 수단

측정 대상의 유리 기판에 집광 렌즈(114)를 통한 집속광을 조사하면, 전극(31)의 배열 패턴에 의해 생긴 회절광이 발생하고, 기판의 표면(3a) 및 이면(3b)에서 반사한다. 이 표면 반사광 및 이면 반사광이 집광 상태에 가까운 상태로 입사하는 위치에 1차원 CCD(122)가 배열 구비된다. 1차원 CCD(122)상에는 각 반사광이 분리하여 입사함과 함께, m차의 표면 반사광의 입사 위치와 (m+1)차의 표면 반사광의 입사 위치와의 사이에 m차의 이면 반사광이 입사한다. 이 1차원 CCD(122)에 의해 얻어진 수광량 데이터 중에서 표면 반사광의 강도만을 추출하고, 그 분포 상태에 의거하여 전극(31)의 배열 패턴을 측정한다.

광학식 측정 장치, 집광 렌즈

Description

광학식 측정 장치 및 광학식 측정 방법{OPTICAL MEASUREMEMT APPARATUS AND OPTICAL MEASUREMENT METHOD}

도 1은 본 발명에 관한 광학식 측정 장치의 외관 및 사용예를 도시한 도면.

도 2는 광학식 측정 장치의 전기 구성을 도시한 블록도.

도 3은 유리 기판의 구성을 측정 대상의 패러미터 및 측정 방법과 함께 도시한 도면.

도 4는 투광부 및 수광부의 주요 구성을 작용과 함께 도시한 도면.

도 5는 조사광 및 반사광의 진행 상태를 도시한 도면.

도 6은 표면 반사광과 이면 반사광의 바람직한 분포의 관계를 도시한 도면.

도 7은 도 6의 분포 곡선을 얻는데 필요한 조건을 도시한 도면.

도 8은 도 7의 a, b를 반사광의 광로에 의해 도시한 도면.

도 9는 표면 반사광상의 폭(w)에 관한 정의를 도시한 도면.

도 10은 표면 반사광의 강도 검출 처리의 순서를 도시한 플로우 차트.

도 11은 강도의 계측 방법을 도시한 도면.

도 12는 측정 처리의 순서를 도시한 플로우 차트.

도 13은 띠형상 광의 조사 위치에 관해, 양호한 예와 양호하지 않은 예를 대비시켜 도시한 도면.

도 14는 전극 검사용의 검사 장치의 구성예를 도시한 도면.

도 15는 검사 대상 영역과 띠형상 광의 위치 맞춤을 위한 수광량 데이터의 처리를 설명하는 도면.

도 16은 검사의 순서를 도시한 플로우 차트.

도 17은 종래의 측정 방법에 관한 광학계의 구성을 광의 진행 상태와 함께 도시한 도면.

도 18은 도 17의 광학계에 의해 얻어지는 표면 반사광과 이면 반사광의 분포의 관계를 도시한 도면.

도 19는 도 17의 광학계에 있어서의 문제점을 도시한 도면.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣

1 : 센서 헤드

2, 2S : 컨트롤러

3 : 유리 기판

5, 6 : 띠형상 광

7 : XY스테이지

11 : 투광부

12 : 수광부

21 : CPU

27 : 센서 제어 회로

31, 31a, 31b : 전극

111 : 레이저 다이오드

114 : 집광 렌즈

122 : 1차원 CCD

Pm : 표면 반사광상

pm : 이면 반사광상

기술 분야

본 발명은 액정 디스플레이(LCD)용의 유리 기판과 같이, 소정 크기의 구조물이 주기성을 갖고 배열된 투광성을 갖는 기판을 대상으로 하여, 상기 구조물의 주기 배열 패턴을 측정하는 광학식 측정 장치에 관한 것이다.

또한, 이 명세서에서는 구조물로서 전극을 예로 하여 설명하지만, 이에 한하지 않고, 칼라 필터, 블랙 매트릭스 등을 구조물로 할 수도 있다. 어느 구조물에 대해서도 크기, 형상, 높이, 폭 등을 측정할 수 있다.

종래기술

주기성을 갖는 요철 패턴을 측정한 종래의 방법으로는, 관측 대상의 요철 패턴에 광을 조사함에 의해 복수차의 회절광을 발생시키고, 각 차의 회절광의 강도의 관계를 이론치와 대조함에 의해 오목부의 깊이나 폭, 배열의 주기 등을 측정하고 있다. ( 특개평9-5O49호 공보 참조)

상기한 종래 기술을 투명 기판에 적용하는 경우에는 기판 표면에서 반사한 회절광(이하, 「표면 반사광」라고 한다)에 더하여, 기판을 투과하여 이면측에서 반사한 회절광(이하, 「이면 반사광」라고 한다)을 고려할 필요가 있다. 도 17은 종래 구성의 광학계에서 투명 기판을 측정한 경우의 광의 진행 상태를 도시한 것이다. 도면중 3a는 유리 기판(3)의 윗면이고, 소정의 간격마다 전극(31)이 형성되어 있다. 이 명세서에서는 이 윗면(3a)을 유리 기판(3)의 표면이라고 생각한다. 또한, 유리 기판(3)의 저면의 내측 면(3b)을 이면이라고 생각한다.

종래의 광학계는, 측정 대상에 대해 콜리메이트 렌즈 등에 의해 평행화한 광을 조사하는 한편, 유리 기판(3)으로부터의 반사광의 광로에 집광 렌즈(200)나 1차원 CCD(201)(이하, 단지 「CCD(201)」라고 한다)를 배열 구비하고 있다. 도 17에서는 유리 기판(3)(이하, 단지 「기판(3)」이라고 한다)에의 조사광 및 표면 반사광의 광로를 실선으로 나타내는 한편, 기판(3)내로의 투과광 및 이면 반사광의 광로를 1점쇄선에 의해 나타내고 있다. 기판(3)에 대해, 평행한 빔광이 조사되는 경우에는 기판(3)측으로부터의 반사광도 평행한 상태로 된다. 또한 이면 반사광과 표면 반사광도 평행한 관계로 되기 때문에, 집광 렌즈(200)를 통과한 후의 반사광을 특정한 위치에 모일 수 있다. 상기 CCD(201)는 이 반사광의 집광 위치에 대응시켜 배열 구비된다.

또한, 상기 도 17에서는 0차 회절광의 진행 상태만을 나타내고 있지만, 다른 회절광에 대해서도 같은 원리에 의해 표면 반사광 및 이면 반사광을 CCD(201)의 특정 위치에 모을 수 있다.

이 도 17의 예에 있어서, 기판(3)의 두께가 광원의 코히어런트 길이보다 큰 것으로 하면, 표면 반사광과 이면 반사광은 간섭하지 않는 상태로 되고, 어느 회절광에 대해서도 표면 반사광의 강도와 이면 반사광의 강도를 가산한 값에 상당하는 수광량을 얻을 수 있다.

도 18은 상기한 고찰을 설명하기 위한 것이다. 도 18의 (1)은 CCD(201)상에 표면 반사광만이 집광하였다고 상정한 경우의 수광량의 분포 곡선이고, 도 18의 (2)은 이면 반사광만이 집광하였다고 상정한 경우의 수광량의 분포 곡선이다. 이들의 곡선에는 모두 각 차수(次數)의 회절광의 강도를 반영한 복수의 피크가 나타나 있지만, 곡선 사이에 있어서의 피크의 좌표는 일치한다. 도 18의 (3)은 상기 (1)의 곡선이 나타내는 강도에 (2)의 곡선이 나타내는 강도를 가산하여 얻어지는 곡선이다. 상기 도 17의 광학계에 의하면, 이 도 18의 (3)의 분포 곡선이 얻어진다고 생각할 수 있다.

상기한 바와 같은 측정 처리는, 일반적으로 「정반(定盤)」이라고 칭해지는 지지대(주철 정반이나 돌(石) 정반 등이 있다)의 위에 유리 기판을 설치한 상태하에서 행하여진다. 그러나, 기판이 이와 같은 상태로 지지되어 있으면, 다음과 같은 요인에 의해 이면 반사광의 강도를 올바르게 얻는 것이 곤란하게 된다.

우선 하나는, 정반의 윗면은 완전한 수평면이 아니기 때문에, 도 19에 도시한 바와 같이, 정리(도면 중, 부호 400로 나타낸다)와 기판(3)과의 사이에 공기층이 생기는 일이 있다. 유리 기판(3)의 이면의 반사률은 정반(400)에 접하는 경우와 공기에 접하는 경우로서 다른 것으로 되기 때문에, 이면 반사광의 강도는 반사의 위치에 따라 다른 것으로 된다. 또한, 도면 중, 점선의 화살표(q₁, q₂)로 나타내는 바와 같이 기판(3)으로부터 투과한 광이 공기층 내에서 다중 반사하면, 그 반사광이 이면 반사광의 강도에 영향을 미칠 우려가 있다.

또한, 돌 정반에는 반사광을 저감하기 위해 흑색의 돌이 사용되는 것이 많은데, 재료로 되는 돌의 색은 균일하지 않고, 하얀 돌이 혼입하는 경우가 있기 때문에 정반의 반사률을 일정하게 할 수가 없다. 주철 정반에 대해서도 반사광의 저감을 위해 흑색으로 도장하지만, 도장에 색 번짐이 있으면, 마찬가지로 반사률을 일정하게 할 수 없게 된다. 이와 같은 정반의 반사률의 편차도, 이면 반사광의 강도에 있어서 오차를 크게 하는 요인이 된다.

상기한 바와 같은 요인에 의해 이면 반사광의 강도를 정확하게 얻을 수 없는 경우, 전극 패턴의 형상을 정밀도 좋게 반영한 반사광의 분포 곡선을 얻는 것이 곤란해지고, 측정 오차가 커진다는 문제가 생긴다.

본 발명은, 이 문제에 착안하여 기판의 표면 반사광을 이면 반사광으로부터 분리하여 취출함에 의해 구조물의 주기 배열 패턴에 대한 측정을 정밀도 좋게 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 광학식 측정 장치는 투광성을 갖는 기판상에 주기성을 갖고 배열된 구조물을 측정 대상으로 하여, 상기 기판 표면의 배열된 복수 주기의 구조물에 걸쳐 광을 조사하였을 때 생기는 회절광을 이용하여 상기 구조물을 측정하는 것이다. 이 장치는 기판의 표면에 상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향과 상기 기판의 표면을 향하여 조사하는 광의 광축의 방향을 포함하는 면에 있어서의 단면(斷面)에서 집속하는 광을, 상기 기판의 표면에 대해 상기 단면이 입사면이 되도록 경사 입사에 의해 조사하는 투광부와,

배열된 복수의 수광용 회소를 가지며, 해당 배열의 방향이, 상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향 및 상기 기판의 표면에 의해 정반사된 광의 광축의 방향에 의해 정해지는 면 내에 포함되는 방향인 촬상 소자를 포함하는 수광부를 구비하고,

상기 촬상 소자상에 있어서, 상기 조사 광에 의해 생기는 표면 반사광의 m차의 회절광(m은 임의의 정수이고, 상기 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부로부터 먼 측을 정으로 한다)과 (m+1)차의 회절광이 입사하는 위치의 사이에 이면 반사광의 m차의 회절광이 입사하도록, 상기 투광부의 상기 기판에 대한 거리 및 조사광의 조사 각도와, 상기 촬상 소자를 포함하는 수광부의 상기 기판에 대한 거리 및 각도가 정해져 있다.

입사면이란, 측정 대상인 기판에 대한 법선과 기판을 향하여 조사한 광선의 방향에 의해 규정된 평면을 의미한다.

상기 광학식 측정 장치에서는, 유리 기판과 같은 투명 기판상의 구조물 외에, 광을 투과시키는 것이 가능한 반투명한 기판에 형성된 구조물을 측정 대상으로 할 수 있다. 기판의 표면이란, 구조물이 배열된 요철이 있는 면이라고 생각할 수 있다. 또한, 이면은 기판의 저면의 내측의 면이라고 생각할 수 있다. 투광부는, 레 이저 다이오드와 같은 광원과 복수의 렌즈를 포함하고, 주기성을 갖고 배열된 복수의 구조물을 포함하는 스폿 광 또는 띠형상(帶狀) 광을 조사할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기 투광부의 렌즈 군에는, 상기 기판의 표면에 집속광을 조사하기 위해, 집광 렌즈를 포함시키는 것이 바람직하다. 한편, 수광부측에는 집광 렌즈를 마련하지 않아도 좋다. 또한, 촬상 소자는 각 회절광의 반사광이 나열하는 방향을 따라 배치되는 1차원 촬상 소자나 2차원 촬상 소자를 이용하여도 좋다. 촬상 소자의 예로서는 CCD나 CMOS 디바이스, 포토 다이오드 어레이가 포함된다.

투광부측의 집광 렌즈로서, 이 렌즈와 기판과의 거리보다도 충분히 긴 초점 거리를 갖는 것을 사용하면, 집속하는 광이라도 복수의 구조물을 가로지르는 크기의 광을 조사할 수 있다. 이 조사광에 의해 생긴 회절광은 기판의 표면 및 이면에서 반사하지만, 반사 후도 집속 상태가 유지되고, 소정의 위치에 집광하게 된다. 또한, 이면 반사광은, 표면 반사광보다도 투광부로부터 떨어진 장소에서 반사하기 때문에, 표면 반사광과는 다른 위치에 집광시킬 수 있다.

상기 촬상 소자는, 집광 렌즈가 기판으로부터 소정 거리만큼 떨어져 설치되어 있는 경우에, 측정에 필요한 표면 반사광이 집광한다고 생각되는 위치에 맞추어 배열 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 구조물의 크기나 주기에 의해 집광 위치가 약간 변동한 것이 예상되지만, 집광 렌즈의 초점 심도를 깊게 하면, 촬상 소자에 충분히 조여진 광을 입사시킬 수 있다. 또한, 이면 반사광의 집광 위치는 촬상 소자보다도 전방측이 된다고 생각되지만, 마찬가지로, 충분히 조여진 상태의 광을 입사시킬 수 있다. 따라서, 표면 반사광, 이면 반사광의 어느쪽에 대해서도 촬상 소자상에 충분히 선명한 상(像)을 결상시킬 수 있다.

또한 상기한 촬상 소자는, m차의 표면 반사광의 입사 위치와 (m+1) 다음의 표면 반사광의 입사 위치와의 사이에 m차의 이면 반사광이 입사하도록 배열 구비되기 때문에, 수광량의 분포 곡선으로서 표면 반사광의 상(像)과 이면 반사광의 상이 교대로 또한 차수의 순으로 나열하는 상태의 곡선을 얻을 수 있다. 따라서, 이 분포 곡선중 피크를 하나 걸러 선택함에 의해, 각 차수에 관한 표면 반사광의 강도를 구할 수 있고, 그 강도에 의거하여 구조물의 크기나 배열의 주기 등을 측정할 수 있다.

m의 정의 방향은, 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부로부터 먼 측을 정으로 하고 있고, 수광부에서 렌즈를 사용하지 않는다면, 촬상 소자상에 있어서도 투광부로부터 먼 측이 정으로 된다. 한편, 수광부에 수광 렌즈를 마련한 경우에는 먼 측이 부로 되고, 가까운 측이 정으로 될 수 있다.

바람직한 양태에 관한 광학식 측정 장치는, 상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 상기 수광 화소의 배열 방향에 관한 분포 데이터중 최대치 및 상기 투광부와 수광부와의 위치 관계에 의거하여 상기 수광량의 분포 데이터 중에서 각 차수의 표면 반사광의 강도를 개별적으로 추출하는 추출 수단과, 상기 추출 수단에 의해 추출된 각 표면 반사광의 강도를 이용하여 상기 구조물을 측정하는 측정 수단을 마련할 수 있다.

이 양태는, LCD용의 기판과 같이, 직사각형 형상의 구조물이 매트릭스 배열 된 구성의 패턴을 측정 대상으로 하는 경우에 적용할 수 있다. 이와 같은 매트릭스 배열에 의해 기판의 표면에 직사각형 형상의 요철 패턴이 생기는 경우에는, O차 회절광의 강도가 압도적으로 우세하게 되는 경우가 많다. 이와 같은 경우의 O차 회절광의 반사광은 표면 반사, 이면 반사 모두, 다른 회절광의 반사광보다도 강해진다고 생각할 수 있다.

또한, 상기한 광학계에 의하면, 수광량의 분포 곡선에서는 표면 반사광에 대응하는 피크와 이면 반사광에 대응하는 피크가 교대로 또한 차수의 순으로 나열하였기 때문에, 이중 최대의 피크와 2번째로 큰 피크가 나열하는 부분이 O차 회절광에 대응하는 것이라고 생각할 수 있다. 또한, 표면 반사는 이면 반사보다도 투광부에 가까운 장소에서 생기기 때문에, 표면 반사광의 상은 이면 반사광의 상보다도 투광부에 가까운 위치에 생성된다고 생각할 수 있다.

수광량의 분포 데이터는, 촬상 소자로부터의 수광량 신호를 디지털 변환함에 의해 얻을 수 있다. 상기 추출 수단이나 측정 수단은 이 수광량의 분포 데이터를 처리하는 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다. 추출 수단은 상기한 원리에 의거하여 수광량의 분포 데이터가 나타내는 피크 중에서 최대치와 그 옆의 2번째로 큰 피크를 추출하고, 이 중의 투광 부에 가까운 쪽의 피크를 0차 회절광의 표면 반사광에 대응하는 피크로서 추출할 수 있다. 또한, 이 0차 회절광의 표면 반사광에 대응하는 피크를 기준으로 하여 하나 걸러 피크를 추출함에 의해, 0차 이외의 차수의 회절광의 표면 반사광에 대응하는 피크를 추출할 수 있다. 따라서, 차수마다 추출된 피크가 나타내는 값을 그 차수의 표면 반사광의 강도로서 특정할 수 있다. 또한, 표면 반사광의 강도는 피크의 값만에 한하지 않고, 피크를 중심으로 하는 소정 범위의 데이터를 적분한 값으로 할 수도 있다.

상기 측정 수단은, 추출된 각 차수의 강도의 분포 곡선을 미리 준비된 복수가지의 이론 곡선과 비교하는 등으로 구조물의 높이, 폭 등을 측정할 수 있다. 또한, 이론 곡선은 구조물의 높이, 폭, 주기가 소정치인 것으로 하고, 회절광의 표면 반사광의 강도를 구함에 의해 얻을 수 있다. 또한, 각 이론 곡선은 각각 그 곡선을 도출하기 위한 패러미터(상기한 구조물의 높이, 폭, 배열의 주기 등)에 대응시킨 상태에서 상기 추출 수단이나 측정 수단이 설정된 컴퓨터의 메모리에 등록되는 것이 바람직하다.

측정 수단은, 상기 추출된 강도에 의한 분포 곡선에 관해, 예를 들면 최소제곱법에 의해 이 분포 곡선에 가장 가까운 이론 곡선을 추출하고, 이 이론 곡선에 대응하는 패러미터가 나타내는 배열 패턴을 측정 대상의 구조로서 특정할 수 있다. 따라서, 특정된 배열 패턴에 관한 패러미터가 나타내는 값을 측정 결과로서 출력할 수 있다.

상기한 양태에 포함되는 보다 바람직한 양태의 광학식 측정 장치는, 측정 대상의 구조물의 배열 주기를 입력하는 입력 수단과, 상기 입력 수단에 의해 입력된 배열 주기를 이용하여 상기 1차원 촬상 소자에 있어서의 각 차수의 표면 반사광의 입사 위치의 간격을 산출하는 산출 수단을 구비한다. 이 경우의 추출 수단은, 상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 상기 수광 화소의 배열 방향에 관한 분포 데이터 중에서 최대 및 2번째로 큰 피크가 나열하는 부분에서부터, 상기 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부에 가까운 쪽에 대응하는 피크를 0차의 표면 반사광의 입사 위치로서 특정함과 함께, 이 입사 위치로부터 상기 산출 수단에 의해 산출된 간격의 m배(단 m≠0)에 상당하는 거리만큼 떨어진 위치를 m차의 표면 반사광의 입사 위치로서 특정한다. 그리고, 이들 특정된 위치에 의거하여 각 표면 반사광의 강도를 추출한다.

상기에 있어서, 입력 수단은 키보드 등의 입력부 또는 외부 기기로부터 배열 주기를 나타내는 데이터를 입력하는 입력 포트로서 구성할 수 있다. 산출 수단은 상기 추출 수단이나 측정 수단과 같은 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다. 이 산출 수단은 0차의 표면 반사광이 촬상 소자에 달할 때까지의 거리(L), 투광부의 광의 파장, 입사각 및 상기 배열 주기에 의거하여, 촬상 소자상에서의 m차의 표면 반사광의 입사 위치와 (m+1)차의 표면 반사광의 입사 위치와의 거리(a)를 구할 수 있다. 이 거리(a)가 상기 각 차수의 표면 반사광의 입사 위치의 간격에 상당한다고 생각할 수 있다.

또한, 상기 거리(L)는 상기 수광부의 위치를 조정하기 위한 조건으로서, 미리 구할 수 있다.

이 양태의 추출 수단도, 상기한 원리에 의거하여 수광량의 분포 데이터중 최대치와 2번째로 큰 피크가 나열하는 부분에서부터, 상기 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부에 가까운 쪽에 대응하는 피크를 표면 반사광에 대응하는 것으로서 특정하고, 그 피크의 좌표를 0차의 표면 반사광의 입사 위치로 할 수 있다. 또한, 이 0차의 표면 반사광의 입사 위치를 기준으로 정부(正負) 양방향으로 (a×m) 만큼 떨어진 위치를 m의 값을 바꾸면서 구함으로써, O차 이외의 복수의 표면 반사광의 입사 위치를 특정할 수 있다. 다만, 이 추출 처리는 촬상 소자의 길이의 범위 내에서 행하여지는 것이고, 정방향의 추출 수와 부방향의 추출 수는 반드시 일치하지 않는다.

이와 같이 하여, 복수 차수분의 표면 반사광의 입사 위치가 특정되면, 추출 수단은 이들의 입사 위치마다, 그 위치를 중심으로 하는 소정 범위를 적분하는 등으로 각 표면 반사광의 강도를 추출할 수 있다.

또한, 상기한 2개의 양태는 0차 회절광이 다른 차수의 회절광보다도 압도적으로 우세하게 되는 것을 전제로 한 것이지만, 구조물의 형상에 의해서는 주기성을 갖고 배열되어 있더라도, 0차 회절광이 최대로 되지 않는 경우의 대응으로서, 구조물이 배열되지 않은 측정 대상과 동종의 기판에 투광부로부터의 광을 조사하였을 때 생기는 반사광, 즉 경면 반사광에 관해, 미리 촬상 소자에 있어서의 입사 위치의 범위를 구하여 메모리 내에 등록하여 두고, 측정시에 촬상 소자의 상기 등록된 범위의 수광량으로부터 최대의 피크와 2번째의 피크를 추출하고, 이들을 0차 회절광에 대응하는 것으로 하여 특정하는 것도 가능하다.

구조물이 배열되지 않은 기판으로부터의 반사광이 입사하는 위치는, 측정 대상의 기판의 표면으로부터 이면까지의 사이에 반사면이 위치하는 것이라고 가정하고, 이론적으로 구할 수 있다. 이 경우, 이론상의 입사 위치로부터 정부 양방향으로 상기 거리(a)보다 작은 소정 거리(c)만큼 떨어진 위치의 범위를 설정하고, 이것을 상기 입사 위치의 범위로서 등록할 수 있다.

구조물이 배열되지 않은 측정 대상과 동종의 기판에 투광부로부터의 광을 조사하였을 때 생기는 반사광, 즉 경면 반사광에 관해 미리 촬상 소자에 있어서의 입사 위치를 등록하고, 그 입사 위치 또는 그 위치에 가장 가까운 피크에 의해 마찬가지로 특정하도록 하여도 좋다.

본 발명에 관한 광학식 측정 장치에는, 상기 구조물의 배열 방향으로 직교하는 방향에 대한 투광부의 위치를 조정하기 위한 위치 조정 수단과, 상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 분포 데이터를 이용하여, 상기 위치 조정 수단에 의한 위치 조정 처리를 제어하는 제어 수단을 마련할 수 있다. 이 경우의 위치 조정 수단은 기판 또는 투광부의 어느 한쪽을 이동시키는 구동 기구로서 구성할 수 있다. 특히 기판측을 이동시키는 경우에는 이동 조정 수단은 기판을 지지하는 XY스테이지로서 구성할 수 있다.

제어 수단은, 상기 추출 수단이나 측정 수단과 같은 컴퓨터에 의해 구성하는 것이 가능하고, 상기 위치 조정 수단에 위치 조정 처리를 행하게 할 때마다, 그 상태하에서 얻어진 수광량의 분포 데이터로부터 0차의 표면 반사광 및 0차의 이면 반사광의 양쪽에 대응하지 않는 범위의 수광량을 추출하는 수단과, 상기 추출된 수광량을 소정의 기준치와 비교하는 수단과, 상기 비교 처리의 결과를 이용하여, 상기 기판과 투광부에 관해 측정에 적합한 위치 관계를 판별하는 수단을 포함하는 것으로 할 수 있다.

직사각형 형상의 구조물이 매트릭스 배열된 기판을 측정 대상으로 하는 경우, 각 방향에 관한 구조물의 어느 한쪽을 측정 대상으로 하게 된다(물론, 각 방향 을 차례로 측정 대상으로 할 수도 있다). 이 경우에, 상기 측정 대상의 구조물에 의한 회절광을 촬상 소자 입사시키는데는, 이 구조물의 배열을 가로지르며, 또한 다른쪽의(측정 대상이 아닌) 구조물에 관련되지 않는 광을 조사할 필요가 있다. 만약, 측정 대상 외의 구조물에 광이 조사되어 버리면, 광의 회절은 생기기 어렵게 되고, 0차의 반사광만이 우세하게 된다고 생각할 수 있다. 상기한 양태에 의하면, 측정 대상의 구조물의 배열에 직교하는 방향에 대한 투광부의 위치를 조정하면서, 0차의 반사광 이외의 수광량이 기준치를 상회하는 위치를 서치하고, 투광부와 측정 대상의 구조물과의 위치 관계가 측정에 적합한 상태가 되도록 조정할 수 있다. 또는, 미리 정한 회수만큼, 위치 조정 처리, 수광량의 추출 처리 및 비교 처리를 실행하고, 수광량의 추출치가 기준치에 가장 가까운 상태로 되었을 때의 기판과 투광부와의 위치 관계를 최적의 상태라고 판단하여도 좋다. 이와 같이, 기판과 투광부와의 위치를 조정한 다음 측정 처리를 행함에 의해 측정 처리의 정밀도를 대폭적으로 높일 수 있다.

또한, 상기한 양태에서도, 수광량의 추출 처리에서는 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 분포 데이터 또는 상기한 등록 범위 내의 분포 데이터로부터 최대의 피크 및 2번째로 큰 피크가 나열하는 부분을 0차의 회절광에 대응한다고 판단할 수 있다. 따라서, 이 O차 회절광에 대응하는 부분을 제외한 범위의 일부 또는 전체로부터 수광량을 추출하여, 상기 기준치와 비교하면 좋다. 기준치는, 미리, 모델의 기판을 이용한 측정에 의해 추출하여도 좋고, 이론치로부터 도출한 값으로 하여도 좋다. 어느 경우도, 기준치는 장치 내의 메모리에 등록하여 두는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 관한 측정 방법은 투광성을 갖는 기판상에 주기성을 갖고 배열된 구조물을 측정 대상으로 하여, 이 기판 표면의 배열된 복수 주기의 구조물에 걸쳐 광을 조사하였을 때 생기는 회절광을 수광하는 광학식 측정 방법으로서,

상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향과 상기 기판의 표면을 향하여 조사하는 광의 광축의 방향을 포함하는 면에 있어서의 단면에서 집속하는 광을, 상기 기판의 표면에 대해 상기 단면이 입사면이 되도록 경사 입사에 의해 조사하고,

배열된 복수의 수광 화소를 가지며, 해당 배열의 방향이 상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향 및 상기 기판의 표면에 의해 정반사된 광의 광축의 방향에 의해 정해지는 면 내에 포함되는 방향인 촬상 소자상에 있어서, 상기 조사광에 의해 생기는 회절광의 표면 반사광의 m차의 회절광(m은 임의의 정수이고, 상기 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부로부터 먼 측을 정으로 한다)과 (m+1)차의 회절광이 입사하는 위치 사이에 이면 반사광의 m차의 회절광이 입사하도록 상기 촬상 소자를 배열 구비하고, 상기 조사광에 대한 기판으로부터의 반사광을 수광하는 것을 특징으로 한다.

상기한 광학식 측정 방법에 관한 바람직한 양태에서는, 상기 촬상 소자에 의한 반사광의 수광 후, 얻어진 수광량의 분포 데이터중 최대치 및 상기 기판의 표면을 향하여 광을 조사하는 투광부와 상기 촬상 소자를 포함하는 수광부와의 위치 관계에 의거하여, 상기 수광량의 분포 데이터 중에서 각 차수의 표면 반사광의 강도를 개별적으로 추출하고, 추출된 각 표면 반사광의 강도를 이용하여 상기 구조물을 측정한다.

또한, 다른 바람직한 양태에 관한 광학식 측정 방법에서는, 상기 구조물에 대한 광의 조사 위치를 구조물의 배열 방향으로 직교하는 방향을 따라 이동시키면서 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 분포 데이터를 이용하여 상기 조사 위치가 측정에 적합한 위치인지의 여부를 판별하는 스텝을 반복하여 실행한다. 이 판별의 스텝에서는 상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 분포 데이터로부터 0차의 표면 반사광 및 0차의 이면 반사광의 양쪽에 대응하지 않는 범위의 수광량을 추출하는 스텝과, 상기 추출된 수광량을 소정의 기준치와 비교하는 스텝을 실행하고, 상기 기준치를 상회하는 수광량이 얻어졌을 때, 그 시점에서의 광의 조사 위치가 측정에 적합하다고 판별한다.

본 발명에 의하면, 촬상 소자에 의해 표면 반사광의 상과 이면 반사광의 상이 교대로 또한 차수의 순으로 나열한 상태의 수광량의 분포 곡선을 얻을 수 있기 때문에, 이 수광량의 분포 곡선 중에서 각 차수의 표면 반사광의 강도를 추출하여 측정을 행할 수 있다. 따라서, 노이즈 성분을 많이 포함한 이면 반사광의 영향을 받는 일 없이 고정밀도의 측정 처리를 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 관한 광학식 측정 장치의 외관을 사용예와 함께 도시한다.

이 광학식 측정 장치는 LCD용의 유리 기판(3)에 형성된 전극에 관해 그 크기나 배열의 주기 등을 측정하기 위한 것으로, 센서 헤드(1)와 컨트롤러(2)를 케이블(4)에 의해 접속하여 이루어진다. 또한, 컨트롤러(2)는 퍼스널 컴퓨터에 센서 헤드 (1)용의 인터페이스 기판이나 프로그램이 조립된 것으로, 키보드(2a)나 모니터(2b) 등의 주변 기기를 포함한다.

상기 센서 헤드(1)에는 레이저 다이오드를 광원으로 하는 투광부나 1차원 CCD(이하 단지 「CCD」라고 한다)를 갖는 수광부 등이 포함된다. 컨트롤러(2)는 이 센서 헤드(1)의 동작을 제어함과 함께, CCD로부터의 출력을 받아들여 후기하는 측정 처리를 실행한다.

도 2는 상기 광학식 측정 장치의 전기 구성을 도시한다. 상기 센서 헤드(1)에는 투광부(11) 및 수광부(12) 외에, 투광 회로(13), 수광 회로(14), 타이밍 제어 회로(15) 등이 포함된다. 또한, 투광부(11), 수광부(12)의 구성에 관해서는 후에 도 4를 이용하여 설명하지만, 투광부(11)에는 레이저 다이오드(111)(도 4에 도시한다)가, 수광부(12)에는 CCD(122)(도 4에 도시한다)가 각각 배열 구비된다.

컨트롤러(2)는 CPU(21), 메모리(21), 하드 디스크(23), 입출력부(24) 등, 퍼스널 컴퓨터에 있어서의 통상의 구성을 구비하는 외에, 상기한 전용의 인터페이스 기판(20)을 갖는다. 인터페이스 기판(20)에는 인터페이스부(25), A/D 변환 회로(26), 센서 제어 회로(27), 트리거 입력부(28), 전원 회로(29) 등이 탑재되어 있고, 인터페이스부(25)를 통하여 CPU 버스(201)에 접속되어 있다.

상기에 있어서, 컨트롤러(2)의 하드 디스크(23) 내에는 측정 처리를 실행하기 위한 프로그램이나 판정 테이블 등이 격납된다. 메모리(22)는 측정에 사용하는 수광량 데이터를 일시 보존하는데 이용된다. 입출력부(24)는 키보드(2a), 모니터(2b), 도시하지 않은 외부 기기에의 출력 단자 등을 포함한다.

인터페이스 기판(20)의 센서 제어 회로(27)는 센서 헤드(1)의 타이밍 제어 회로(15)에 측정 처리의 타이밍을 알리는 트리거 신호를 주기 위한 것이다. 이 트리거 신호는 트리거 입력부(28)로부터의 외부 신호에 의거하여 생성할 수 있는 외에, CPU(21)로부터의 커맨드에 의거하여 생성할 수도 있다. 어느 트리거 신호를 채용하는지는 사전의 데이터 입력에 의해 설정할 수 있다. 또한, 트리거 입력부(28)는 기판 검지용의 센서 등에 접속되는 것이다.

타이밍 제어 회로(15)는 상기 트리거 신호에 따라 소정 길이의 타이밍 신호를 생성하고, 이것을 투광 회로(13) 및 수광 회로(14)에 출력한다. 투광 회로(13)는 이 타이밍 신호에 의거하여 투광부(11)의 레이저 다이오드(111)를 구동한다. 수광 회로(14)는 상기 타이밍 신호에 의거하여 수광부(12)의 CCD(122)를 구동한다. 이로써, 레이저 다이오드(111)의 발광에 동기하는 타이밍에서 유리 기판(3)으로부터의 반사광을 수광할 수 있다.

CCD(122)에 의해 생성된 수광량 신호는 인터페이스 기판(20)의 A/D 변환 회로(26)에 입력되고, 디지털 변환된다. CPU(21)는 이 수광량 신호의 디지털 데이터(이하, 「수광량 데이터」라고 한다)를 인터페이스부(25)를 통하여 받아들이고, 메모리(22)에 격납한 후, 이 메모리(22) 내의 수광량 데이터를 이용하여 상기한 측정 처리를 실행한다.

또한, 상기 전원 회로(29)는 센서 헤드(1)에 전원을 공급하기 위한 것이다. 도 2에서는 도시하지 않지만, 이 전원 회로(29)로부터의 전원 라인, 센서 제어 회로(27)로부터의 트리거 신호의 전송 라인, CCD(122)로부터의 수광량 신호의 전송 라인 등은 상기 케이블(4) 내에 수용되게 된다.

도 3은 상기 유리 기판(3)의 측면 및 윗면을 확대하여 도시한다. 이 유리 기판(3)(이하, 단지 「기판(3)」이라고 한다)은 소정의 두께(t)를 갖는 것으로서, 윗면(3a)에는 종횡의 각 방향을 따라 각각 소정 폭의 직사각형 형상 전극(31)이 일정 간격 걸러 배열 구비된다. 본 실시예에서는 2방향중 어느 한 방향에 있어서의 전극(31)의 주기 배열에 주목하고(물론, 각 방향의 주기 배열에 차례로 주목하는 것도 가능하다), 그 배열 방향을 따라 소정 길이의 띠형상 광(5)을 조사한다. 이로써, 전극(31)의 요철 상태를 반영한 복수의 회절광이 발생하고, 기판의 표면 및 이면에서 반사하게 된다. 또한, 기판(3)의 표면이란, 상기 전극(31)이 배열된 윗면(3a)에 상당한다. 또한, 기판(3)의 이면이란, 저면의 내측의 면(3b)이라고 생각할 수 있다. 또한, 기판(3)의 저면은 도시하지 않은 정반상에 지지되는 것으로 한다.

도 3에 있어서, h는 전극(31)의 높이를, d는 전극(31)의 폭을 Λ는 전극(31)의 배열 주기를 각각 나타낸다. 본 실시예에서는 기판(3)의 두께(t) 및 주기(Λ)는 일정하고, h, d의 값을 측정 대상으로 한다. 이 측정을 위해, 본 실시예에서는 상기 h, d의 값의 조합이 다른 복수와 같이 주기 배열 패턴에 관해, 미리, 각 회절광의 표면 반사광의 이론상의 강도를 구하고, 상기 메모리(22)에 등록하고 있다. 구체적으로는 각 회절광의 강도를 배열 패턴마다 대응시킨 판정 테이블이 등록된다. CPU(21)는 처리 대상의 기판(3)으로부터 얻은 수광량 데이터를 이용하여 각 차수에 관한 표면 반사광의 강도를 측정하고, 그 측정치를 상기 판정 테이블과 대조함에 의해 상기 기판(3)에 있어서의 h, d의 값을 특정한다. 이 처리의 상세에 관 해서는 후기한다.

도 4는 상기 센서 헤드(1) 내의 투광부(11) 및 수광부(12)의 주요 구성을 이들의 작용과 함께 도시한다. 또한, 도면 중, x, y는 측정 대상의 전극의 배열을 기준으로 한 좌표축이고, y가 전극의 배열 방향으로, x가 이것에 직교하는 방향으로 각각 대응한다. 또한, 도면 중의 말풍선(A)은 기판(3)에의 광의 조사 상태를 나타내고, 말풍선(B)은 CCD(122)에의 반사광의 집광 상태를 나타낸다.

상기 투광부(11)는, 광원이 되는 레이저 다이오드(111)의 전방에, 콜리메이트 렌즈(112), 실린드리컬 렌즈(113) 및 집광 렌즈(114)가 차례로 배치되어 이루어진다. 한편, 수광부(12)는 상기 CCD(122)의 전방에 실린드리컬 렌즈(113)가 배열 구비된 구성의 것이다. 또한, 투광부(11)측의 레이저 다이오드(111) 및 각 렌즈(112, 113, 114)는 각각 전용의 홀더(115, 116, 117, 118) 내에 의해 지지된다. 마찬가지로, 수광부(12)측의 렌즈(121)나 CCD(122)도 전용의 홀더(123, 124)에 의해 지지되어 있다.

상기에 있어서, 레이저 다이오드(111)로부터 출사된 광은 콜리메이트 렌즈(112)에 의해 평행하게 된 후, 실린드리컬 렌즈(113) 및 집광 렌즈(114)를 차례로 통과한다. 실린드리컬 렌즈(113)는 상기 콜리메이트 렌즈(112)를 통과한 평행광을 x방향으로 조이고, Y방향으로 길다란 띠형상 광을 생성한다. 이 띠형상 광을 구성하는 평행광은 집광 렌즈(114)에 의해 집속광으로 변환된다. 다만, 집광 렌즈(114)로는, 이 렌즈(114)로부터 기판(3)까지의 표준적인 거리보다도 충분히 긴 초점 거리를 갖는 것이 사용되기 때문에, 말풍선(A)에 나타낸 바와 같이, 기판(3)에 대해, 소정 수의 전극(31)을 가로지르는 길이의 띠형상 광(5)을 조사할 수 있다.

수광부(12)측의 CCD(122)는, 이 집광 렌즈(114)의 초점 거리에 대응하는 위치로서, 상기 띠형상 광(5)에 대한 회절광의 반사광을 잘라 나누어 수광할 수 있는 위치에 배열 구비된다(상세에 관하여는 후기한다). 또한, 투광부(11)측의 실린드리컬 렌즈(113)의 작용에 의해 각 반사광은 상기 투광부(12)측에서의 조여지는 방향과 반대 방향으로 넓어지는 광으로 되지만, 수광부(12)측의 실린드리컬 렌즈(113)는, 이 넓어짐을 조여서, 상기 반사광을 소정 길이의 띠형상 광(6)으로 성형하도록 기능한다.

또한, 본 실시예에서는 띠형상 광(6)이 CCD(122)의 화소(122a)의 폭보다도 길게 되도록, 실린드리컬 렌즈(113)의 곡률을 조정하고 있다. 또한, CCD(122)는 그 화소 배열을 띠형상 광(6)의 나열 방향에 대응시켜 배열 구비된다. 말풍선(B)에서는 CCD(122)의 화소 배열 방향을 Y, 이것에 직교하는 방향을 X로서 나타낸다.

도 5는 상기 도 4의 광학계에 의한 광의 진행 상태를 모식적으로 도시한다. 이 도 5에서는 기판(3)에의 조사광 및 표면 반사광을 실선으로 나타내고, 기판(3)에의 투과광 및 이면 반사광을 1점쇄선으로 나타낸다. 또한, 이 도 5에서는 각 표면 반사광과 이면 반사광과의 관계를 명료하게 하기 위해, 0차 회절광에 관한 광로만을 나타내지만, 다른 회절광에 대해서도 같은 관계를 얻을 수 있다.

상기 투광부(11)에서 생성된 평행광은 집광 렌즈(114)를 통과함에 의해 집속광으로 변환된 후 기판(3)에 조사된다. 기판(3)은 경면이기 때문에 표면 반사광에서도 집속 상태가 유지되고, 소정 위치에서 집광하도록 된다. 이면 반사광도, 마 찬가지로 수속 상태가 유지되지만, 이 이면 반사광은 투광부(11)에 대해 표면 반사광보다도 먼쪽에서 반사하기 때문에, 표면 반사광과는 다른 위치에 집광하게 된다. 또한, 조사광의 1광로에 대응하는 표면 반사광과 이면 반사광에 주목하면, 이들의 반사광은 기판(3)의 상방에 있어서 평행하게 진행하는 광이 된다.

본 실시예에서는, 상기 전극(31)의 높이(d) 및 폭(w)이 각각 소정치이고, 상기 집광 렌즈(114)가 기판(3)으로부터 상기 표준적인 거리를 두고 놓여졌을 때의 표면 반사광의 집광 위치에 맞추어, CCD(122)를 배열 구비하도록 한다. 또한, 전극(31)의 배열 패턴이나 센서 헤드(1)의 높이 위치가 변동하면, CCD(112)에 대한 표면 반사광의 집광 위치도 변화한다고 생각된다. 또한, 이면 반사광은 표면 반사광에 비하여 집광 렌즈(114)로부터 반사 위치까지의 거리가 길어지기 때문에, 상기한 바와 같이 표면 반사광의 집광 위치에 맞추어 CCD(122)를 배열 구비하면, CCD(122)의 바로앞에 집광하게 된다. 그러나, 집광 렌즈(114)의 초점 심도를 깊게 하면, 이들의 집광 위치의 어긋남은 근소한 것으로 되고, 어느 반사광도, 집광 상태로 간주할 수 있는 상태에서 CCD(112)에 입사시킬 수 있다. 따라서, 표면 반사광과 이면 반사광을 CCD(122)상에 분리하여 입사시키고, 각 반사광의 선명한 상을 얻을 수 있다.

도 6은 광학계가 상기 도 5와 같이 조정되어 있는 경우에, CCD(122)의 각 화소에 의해 얻어지는 수광량의 강도 분포의 바람직한 상태를 도시한다. 도 6의 (1)은 CCD(122)상에 표면 반사광만이 집광하였다고 상정한 경우의 분포 곡선으로서, 각 차수의 표면 반사광에 대응하는 산형상(山狀)의 화상이 소정 간격을 두고 출현하고 있다. 이하, 이 산형상의 화상을 「표면 반사광상(反射光像)」이라고 한다. 도 6의 (2)는 이면 반사광만이 집광하였다고 상정한 경우의 분포 곡선으로서, 마찬가지로 각 차수의 이면 반사광에 대응하는 산형상의 화상이 소정 간격을 두고 출현하고 있다. 이하, 이 산형상의 화상을 「이면 반사광상」이라고 한다. 도 6의 (3)은 상기 (1)의 분포 곡선이 나타내는 강도에 (2)의 분포 곡선이 나타내는 강도를 가산하여 얻어지는 곡선이다. 기판(3)의 두께(t)가 광원의 코히어런트 길이보다도 크고, 표면 반사광과 이면 반사광이 간섭하지 않는 경우에는, 이 (3)에 도시한 바와 같은 수광량의 분포 곡선을 얻어지게 된다.

또한, 상기 어느 곡선도 횡축은 수광량 데이터의 좌표를 나타내는 것으로, 상기 도 4의 말풍선(B)의 Y방향에 대응한다. 투광부(11)와 수광부(12)가 상기 도 4의 관계로써 배치된 경우, 도 6에서는 투광부(11)로부터 떨어지는 방향으로 진행할수록 좌표가 커지게 된다.

각 회절광의 반사광이, 상기 도 5에 도시한 원리에 의거하여 CCD(122)상에 집광하는 경우, 이 도 6의 예와 같이, m차의 회절광에 관한 표면 반사광상(P_m)과 이면 반사광상(p_m)이 다른 위치에 나타나게 된다. 또한, 이 도 6의 예에서는 m차의 표면 반사광상(P_m)의 다음의 (m+1)차의 표면 반사광상(P_m+1)과의 사이에 m차의 이면 반사광상(p_m)이 위치하고 있다. 환언하면, 각 표면 반사광상과 이면 반사광상이 교대로 또한 차수의 순으로 나열하는 상태로 되어 있다.

또한, 상기 전극의 주기 패턴과 같은 직사각형 형상의 구조물에 의한 요철 패턴에 광을 조사하면, 0차 회절광이 다른 회절광보다도 압도적으로 우세하게 되는 경우가 많다. 도 6의 (1)의 예에서는 피크가 최대인 표면 반사광상(P₀)이, 도 6의 (2)의 예에서는 피크가 최대인 이면 반사광상(p₀)이 각각 0차 회절광에 대응한다고 생각할 수 있다. 이들의 반사광상(P₀, p₀)은 실제로 얻어지는 수광량의 분포 곡선에서는, 도 6의 (3)에 도시한 바와 같이, 서로 이웃에 위치한다고 생각할 수 있다. 또한, 도면 중, O차보다도 우측의 상(P₁, p₁, P₂, p₂, P₃, p₃ …)은 1차, 2차, 3차 …의 표면 반사광상 및 이면 반사광상이고, 0차보다도 좌측의 상( P_-1, p_-1, P_-2, p_-2, P_-3, p_-3 …)은 -1차, -2차, -3차 …의 표면 반사광상 및 이면 반사광상이다.

본 실시예에 관한 광학식 측정 장치에서는 각 회절광의 표면 반사광과 이면 반사광이 상기 도 6의 (3)과 같은 상태에서 CCD(122)상에 분리하여 집광하는 조건을 미리 구하고, 이 조건에 의거하여 집광 렌즈(114)의 초점 거리나, 집광 렌즈(114)와 CCD(122)와의 위치 관계 등을 조정한다. 이하, 이 조건에 관해 도 7 내지 9를 이용하여 설명한다.

우선, 도 7은 상기 도 6의 (3)과 같이 각 차수에 관한 표면 반사광상과 이면 반사광상을 교대로 또한 차수의 순으로 나열하기 위한 조건을 나타낸다. 도면 중, P_m, P_m+1은 각각 m차, (m+1)차의 표면 반사광상이고, p_m, p_m+1은 m차, (m+1)차의 이면 반사광상이다. 상기 도 6의 (3)과 같은 수광량의 분포 곡선을 얻는데는, 같은 차수에 관한 표면 반사광상(P_m)과 이면 반사광상(p_m)과의 거리(b)가 표면 반사광상 (P_m, P_m+1) 사이의 거리(a)보다도 작게 될 필요가 있다. 즉, a>b의 관계가 필요해진다.

도 8의 (1)은 상기 m차 및 (m+1)차의 표면 반사광의 광로에 의해 상기 거리(a)를 도시한 것이다. 도면 중 L은 기판(3)에의 광조사 위치(C)에서 생긴 0차의 표면 반사광이 CCD(122)에 집광하도록 조정한 경우의 0차 표면 반사광의 광로의 길이이다. 이하, 이 L을 거리(L)라고 한다. 본 실시예에서는 상기 광학계의 조정에 필요한 조건을 거리(L)에 의해 나타내도록 한다.

도면 중, θ_m은 m차의 회절각이다. 여기서, 전극의 배선 패턴의 주기를 Λ, 조사광의 파장을 λ, 기판의 두께를 t, 광의 입사각을 θi라고 하면, 회절각(θ_m)은 다음 (1)식에 의해 구할 수 있다.

[수식 1]

θ_m+1은 (m+1)차의 회절각으로서, 상기 (1)식의 m을 (m+1)로 치환함에 의해 구할 수 있다. 여기서, 회절각(θ_m, θ_m+1)이 극히 작다고(θ_m, θ_m+1≪1) 생각하면, 상기 거리(a)는 다음 (2)식에 의한 값에 근사하는 것으로 된다.

[수식 2]

다음에, 도 8의 (2)는 상기 m차의 회절광의 표면 반사광 및 이면 반사광의 광로에 의해 거리(b)를 도시한 것이다. 도면중 각도(θ_tr)는 기판(3)에 투과한 회절광이 수직 방향에 대해 이루는 각도이다. 회절각(θ_m)이 매우 작은 경우에는 상기 거리(b)는 다음 (3)식에 근사한 것이 된다. 또한, (3)식중 n₂는 기판 이면의 굴절율이다.

[수식 3]

상기 (2), (3)을 상기한 조건: a>b에 적용시킴에 의해 상기 거리(L)에 관해 다음 (4)식을 도출할 수 있다.

[수식 4]

다만, 표면 반사광상의 폭(w)이 상기 거리(a, b)에 대해 무시할 수 없을 정도의 크기로 되는 경우에는 상기한 분포 곡선을 얻기 위한 조건을, 다음 (5)식과 같이 설정하는 것이 바람직하다. 이 경우에는, 상기 거리(L)에 관해 (4)식에 대신하여 (6)식을 도출할 수 있다. 또한, 상기 표면 반사광의 폭(w)에 관해서는 예를 들면, 도 9에 도시한 바와 같이, 표면 반사광상의 피크에 대한 강도가 1/e² 이상으로 되는 영역의 폭으로 할 수 있다.

[수식 5]

[수식 6]

본 실시예에 관한 광학식 측정 장치에서는, 센서 헤드(1)를 기판(3)으로부터 소정의 거리만큼 떨어져 설치하였을 때, 기판(3)과 CCD(122)와의 거리가 상기 (4)식 또는 (6)식의 관계를 충족시키도록, 집광 렌즈(114)와 CCD(122)와의 위치 관계가 조정되어 있다. 또한, 집광 렌즈(114)로서는 상기한 위치 관계에 있어서, 표면 반사광이 CCD(122)상에 집광하고, 또한 이면 반사광도 집광한다고 간주할 수 있는 상태가 되는 초점 거리를 갖는 것이 채용된다. 또한, 상기 거리(L)의 특정에 필요한 패러미터(Λ, λ,θi, t, n₂)는 측정 대상의 기판이나 전극의 패턴, 투광부(11)의 구성 등에 의거하여 미리 특정할 수 있다.

상기한 바와 같은 조정을 행함에 의해 CCD(122)에서는 같은 차수에 관한 표 면 반사광상과 이면 반사광상과의 세트가 차수마다 차례로 나열한 분포 곡선을 생성할 수 있다. 상기 컨트롤러(2)의 CPU(21)은, 이 분포 곡선을 나타내는 수광량 데이터 중에서 각 차수의 표면 반사광상을 나타내는 것을 추출하고, 그들의 강도를 이용하여 전극의 주기 패턴을 측정한다.

또한, 본 실시예는, O차 회절광이 다른 차수의 회절광보다도 압도적으로 우세하게 되는 것을 전제로 한 것이지만, 전극(31)의 형상에 의해서는 주기성을 갖고 배열되어 있어도 0차 회절광이 최대로 되지 않는 경우가 있다. 이와 같은 케이스에 대응하기 위해서는 전극(31)이 배열되지 않은 측정 대상과 동종의 기판(3)에 투광부(12)로부터의 광을 조사하였을 때 생기는 반사광, 즉 경면 반사광에 관해 미리 CCD(122)에 대한 입사 위치의 범위를 구하고 메모리(22) 내에 등록하여 두고, 측정시에, 상기 등록된 범위의 수광량으로부터 최대의 피크와 2번째의 피크를 추출하고, 이들을 0차 회절광에 대응하는 것으로서 특정하면 좋다.

전극(31)이 배열되지 않은 기판(3)으로부터의 반사광이 입사하는 위치는, 기판(3)의 표면(3a)으로부터 이면(3b)까지의 사이에 반사면이 위치하는 것이라고 가정하고, 이론적으로 구할 수 있다. 이 경우, 이론상의 입사 위치부터 정부 양방향에 상기 (2)식의 거리(a)보다 작은 소정 거리(c)만큼 떨어진 위치의 범위를 설정하고, 이것을 상기 입사 위치의 범위로서 등록할 수 있다.

도 10은 상기한 표면 반사광의 강도의 추출에 관한 CPU(21)의 순서를 도시한다. 또한, 이 순서는 후기하는 도 12의 스텝 2의 상세한 순서에 해당하기 때문에 각 스텝을 20번대의 숫자에 의해 나타낸다. 또한, 이 도 10 및 이하의 설명에서는 각 스텝을 「ST」로 약기한다.

상기한 바와 같이, 0차 회절광에 관한 표면 반사광과 이면 반사광은 어느것이나 다른 차수에 관한 반사광보다도 강도가 높고, 또한 수광량의 분포 곡선중 나란히 위치한 관계에 있다. 그래서, 이 순서에서는 ST21에서 수광량 데이터중 각 반사광상 중에서 피크가 최대의 것과 피크가 2번째로 큰 것을 추출한다. 그리고, 이들의 피크 사이의 거리가 상기 거리(b)에 가까운 값이고, 양자의 사이에 다른 피크가 존재하지 않는 것을 확인한 다음, 이들의 피크에 대응하는 2개의 반사광상을 0차 회절광에 대응하는 것으로서 특정한다.

다음의 ST22에서는, 상기 0차 회절광에 대응하는 한 쌍의 반사광상의 어느 한쪽을 표면 반사광상으로서 특정한다. 상기 도 5에 도시한 바와 같이, 이면 반사광은 표면 반사광보다도 투광부(11)로부터 떨어진 위치에서 반사하고, 표면 반사광과 평행하게 진행하기 때문에, CCD(122)상에서도 투광부(11)로부터 떨어진 위치에 집광하게 된다. 따라서 ST22에서는 상기 한 쌍의 반사광상중 투광부(11)에 가까운 쪽의 상(도 6의 좌표축에 의하면, 좌표가 작은 쪽의 상으로 된다)을, 표면 반사광상으로서 특정한다.

또한, 본 실시예에 관한 수광량의 분포 곡선에서는 각 차수에 관한 표면 반사광상은 상기 도 7의 거리(a)를 두고 차수의 순으로 나열되어 있다. 그래서, 다음의 ST23에서는 상기 0차의 표면 반사광상의 위치로부터 상기 거리(a)를 m배(m<O, m>0)한 값만큼 떨어진 위치를 m차의 표면 반사광상의 위치로서 특정한다. 또한, a의 구체적인 값은 상기한 (2)식에 의해 구할 수 있다.

ST24에서는, 특정된 각 표면 반사광상의 강도를 구한다. 이 강도로서, 본 실시예에서는 도 11에 도시한 바와 같이 각 표면 반사광상(P_m, P_m+1, …)에 관해 각각 폭(w_m, w_m+1,…)의 범위에 포함되는 데이터의 적분치를 구하도록 한다. 또한, 이 경우의 폭(w_m, w_m+1, …)도, 상기 도 9에 도시한 폭(w)과 마찬가지로, 피크의 1/e² 이상의 강도를 얻은 영역에 대응하는 것으로 할 수 있다.

도 12는 전극의 배열 패턴의 측정에 관한 일련의 순서를 도시한다. 또한, 이 도면 및 이하의 설명에서도 각 스텝은 「ST」로 약기하여 나타낸다.

우선, 최초의 ST1에서는 측정 처리에 필요한 수광량 데이터를 받아들이는 처리를 행한다. 이 처리에서는 상기 센서 제어 회로(27)를 통하여 센서 헤드(1)측의 투광 회로(13) 및 수광 회로(14)를 구동한 후, CCD(122)로부터의 수광량 신호를 A/D 변환하고, 메모리(22)에 격납하게 된다.

다음의 ST2에서는, ST1에서 얻은 수광량 데이터에 관해, 상기 도 10의 순서를 실행함에 의해 각 차수의 표면 반사광의 강도를 검출한다. 다음의 ST3에서는, 상기한 판정 테이블로부터 소정의 배열 패턴에 관한 이론상의 표면 반사광의 강도(회절광마다의 복수의 강도를 포함하는 데이터이다)를 판독한다. ST4에서는 상기 ST2에서 추출된 각 강도와 상기 이론상의 강도에 대해 최소 제곱법에 의해 양자의 오차(σ)를 산출한다.

이하, 판정 테이블에 등록된 배열 패턴마다, ST3, 4의 처리를 실행함에 의해 차례로 오차(σ)를 구한다. 등록된 모든 배열 패턴에 관해 오차(σ)가 구해지 면, ST5가 「YES」로 되고, 다음의 ST6에서 상기 오차(σ)가 최소로 되었을 때의 배열 패턴을 측정 대상의 구조로서 특정한다. 이 후, ST7에서는 이 특정된 주기 패턴에 관한 전극의 폭(d) 및 높이(h)를 측정 결과로서 외부에 출력한다.

CPU(21)가 광학식 측정 장치로서 행하는 처리는 상기 도 12와 같다. 또한, CPU(21)는 이 측정 결과로부터 상기 전극의 배열 패턴의 양부를 판별하는 처리를 행할 수도 있다.

이와 같이, 상기한 처리에 의하면, 정반 특성의 영향을 받기 쉬운 이면 반사광을 제외하고, 표면 반사광만에 의한 측정을 행할 수 있기 때문에, 전극의 주기 패턴에 관해 정밀도가 높은 측정을 행할 수 있다.

그런데, 상기 도 3 내지 5에서는, 기판상의 한 방향을 따라 배열되는 전극(31)만을 도시하였지만, 실제의 LCD용의 기판(3)에서는 소스선 및 게이트선의 2종류의 전극이 매트릭스 배열되어 있고, 상기 띠형상 광(5)은 측정 대상이 되는 쪽의 전극의 배열에 따라 조사되는 것이 된다. 이 경우, 측정 대상의 전극에 대한 측정 처리를 정밀도 좋게 행하기 위해서는 다른쪽의 전극에 걸리지 않는 위치에 띠형상 광(5)이 조사되도록 기판(3)에 대한 센서 헤드(1)의 위치를 조정할 필요가 있다.

도 13은 측정 대상의 전극과 띠형상 광(5)과의 위치 관계에 관해 양호한 예와 양호하지 않은 예를 대비시켜 도시한다. 도면 중, 수평 방향(y방향)을 따라 배열되는 전극(31a)은 소스선이고, 수직 방향(x방향)을 따라 배열되는 전극(31b)은 게이트선이다. 또한, 이들의 전극(31a, 31b)으로 둘러싸인 영역마다에 박막 트랜지스터(TFT)(32)가 마련된다.

여기서, 소스선(31a)을 측정 대상으로 한 경우에는, 상기 띠형상 광(5)은 y축방향을 따라 조사되게 된다. 이 경우의 띠형상 광(5)은 도면중 화살표(A)로 도시한 바와 같이, 게이트선(31b)이나 박막 트랜지스터(32)에 걸리지 않는 위치에 조사되는 것이 바람직하다. 화살표(B나 C)와 같이, 게이트선(31b)에 걸리는 위치에 띠형상 광(5)이 조사되면, 소스선(31a)의 배열 주기에 기인한 광의 회절은 거의 일어나지 않게 되고, 상기 도 6의 (3)에 도시한 바와 같은 수광량 데이터를 얻는 것은 곤란해진다.

특히, 대형 기판의 전극 구조를 검사하는 경우에는, 기판에 복수의 측정 대상 영역을 설정한 다음, 기판 또는 센서 헤드(1)를 이동시켜, 각 측정 대상 영역을 센서 헤드(1)에 차례로 위치를 맞추어 측정을 행할 필요가 있다. 그러나, 이런 종류의 기판에 있어서의 전극 사이의 간격은 극히 미소한 것이기 때문에, 기판이나 센서 헤드(1)를 기계적으로 위치 결정하는 것만으로는 띠형상 광(5)을 적정한 위치에 조사하는 것은 곤란하다.

그래서, 다음에 나타내는 실시예에서는 측정 처리에 앞서 띠형상 광(5)의 조사 위치를 미소 이동시키면서 각 위치에서 얻은 수광량의 분포 데이터를 이용하여 측정에 최적인 조사 위치를 특정하도록 한다.

도 14는 LCD판의 전극 검사용의 검사 장치의 구성을 도시한다. 이 검사 장치는 센서 헤드(1) 외에 기판(3)을 지지하는 XY스테이지(7), 2대의 카메라(9) 및 2대의 컨트롤러(2S, 8) 등을 포함한다.

XY스테이지(7)는, 기판(3)의 제조 장치(50)의 옆에 배열 구비되어 있고, 제 조 장치(50)로부터 반출된 기판(3)을 수취한 후, 이것을 지지하면서 x방향 및 y방향으로 이동시킬 수 있다. 센서 헤드(1) 및 카메라(9)는 각각 전용의 지지부(71, 72)에 의해 XY스테이지(7)의 상방에 고정 배열 구비된다. 또한, 센서 헤드(1)의 구성은 상기 도 2 및 도 4에 도시한 것과 같다.

본 실시예의 기판(3)에는 복수의 측정 대상 영역(300)이 설정됨과 함께, 이들의 측정 대상 영역(300)마다, 그 영역을 센서 헤드(1)의 하방에 위치 맞춤하기 위한 얼라인먼트 마크(도시 생략)가 마련되어 있다. 상기 컨트롤러(8)는 XY스테이지(7) 및 카메라(9)에 접속되어 있고, 카메라(9)로부터의 화상을 처리하여 얼라인먼트 마크의 위치를 추출하고, 그 추출 결과에 의거하여 XY스테이지(7)의 동작을 제어한다.

또한 한쪽의 컨트롤러(2S)는 상기 도 1, 2에 도시한 컨트롤러(2)에 XY스테이지(7)의 제어나 검사를 위한 기능을 부가한 것이다. 이 컨트롤러(2S)는 컨트롤러(8) 및 센서 헤드(1)에 접속되어 있고, 컨트롤러(8)와의 통신에 의해 XY스테이지의 동작을 제어하면서 센서 헤드(1)로부터의 수광량 데이터를 처리함에 의해 측정 대상 영역(300)과 센서 헤드(1)가 최적인 위치 관계가 되도록 조정한다.

여기서 도 15를 이용하여, XY스테이지의 위치 조정을 위한 수광량 데이터의 처리에 관해 설명한다.

센서 헤드(1)의 투광부(11)로부터의 띠형상 광(5)이 상기 도 13의 화살표(A)로 도시한 위치에 조사된 경우에는 측정 대상의 전극(31a)에 의한 복수의 회절광이 생긴다. 따라서, 이 경우의 수광량 데이터에서는 도 15의 (1)에 도시한 바와 같이, 각 차수의 표면 반사광상과 이면 반사광상이 교대로 또한 차수의 순으로 나열한 상태로 된다. 이에 대해, 상기 화살표(B, C)로 도시한 바와 같이, 띠형상 광(5)이 측정 대상 외의 전극에 관한 위치에 조사된 경우에는 측정 대상의 전극(31a)에 의한 광의 회절이 일어나기 어려운 상태로 된다. 이 때문에, 수광량 데이터에서는 도 15의 (2)에 도시한 바와 같이, 0차의 반사광상(P₀, p₀)을 제외하고 현저한 반사광상이 나타나지 않는 상태로 된다.

본 실시예에서는, 미리 측정 대상 영역(300)에 적절하게 띠형상 광(5)을 조사할 수 있는 경우의 수광량 데이터의 이론 곡선으로부터 0차 이외의 소정의 차수(도 15의 예에서는 2차로 한다)의 표면 반사광 및 이면 반사광의 강도를 구하고, 이들을 서로 더한 강도를 기준치로서 컨트롤러(2S)의 메모리 내에 등록한다. 한편, 상기 CCD(122)로부터 얻은 실제의 수광량 데이터에 대해서도 2차의 표면 반사광상(P₂) 및 이면 반사광상(P₂)이 포함되는 것의 영역(R)을 특정하고, 그 영역(R) 내의 수광량을 추출한다. 그리고, 이 영역(R)으로부터 추출한 수광량을 상기 기준치와 비교함에 의해 측정에 필요한 회절광을 얻을 수 있는지의 여부를 판단한다.

또한, 수광량 데이터중 영역(R)을 특정할 때에는, 상기 도 10과 같은 순서로 최대의 피크와 2번째로 큰 피크가 나열하는 영역을 추출한 후, 상기 (2)식의 거리(a)를 2배로 한 값에 의거하여 영역(R)의 위치를 특정한다. 또한, 영역(R) 내의 수광량은 이 영역(R) 내의 수광량 데이터를 적분함에 의해 얻을 수 있다.

도 16은 상기 검사 장치에 있어서의 처리의 순서를 도시한다. 또한, 이 일 연의 순서를 실행하는 주체는 상기 컨트롤러(2S)이지만, XY스테이지(7)의 이동 제어는 컨트롤러(8)를 통하여 행하여진다. 또한, 본 실시예에서도 측정 대상의 전극이 배열하는 방향이 y방향이고, XY스테이지(7)의 위치 조정은 x방향을 따라 행하여지는 것으로 한다.

도 16의 순서는, 상기 XY스테이지(7)상에 기판(3)이 반입된 것에 따라 스타트한다. 최초의 ST101에서는 상기 얼라인먼트 마크에 의거하여 1번째의 측정 대상 영역(300)이 센서 헤드(1)의 하방에 오도록 XY스테이지(7)의 위치를 조정한다.

ST102에서는, XY스테이지(7)의 조정 회수를 계수하기 위한 카운터(m)를 제로 리셋한다. 다음의 ST103에서는 센서 헤드(1)를 구동하고, CCD(122)로부터의 수광량 데이터를 입력한다. 그리고, ST104에서는 수광량 데이터로부터 상기한 영역(R)을 특정하고, 그 영역(R) 내의 수광량을 추출한다. 계속해서 ST105에서는 추출한 수광량을 XY스테이지의 현재 위치와 함께 메모리 내에 보존하다. 또한, XY스테이지(7)의 현재 위치는 예를 들면 xy좌표계에 있어서의 스테이지의 원점의 좌표에 의해 나타낼 수 있다.

ST106에서는, 상기 XY스테이지(7)를 x축방향을 따라 소정량(△x)만큼 이동한다. ST107에서는 상기 카운터(m)를 하나 큰 값으로 갱신한다. 이 갱신 후의 m이 소정의 임계치(M) 이하면, ST108부터 ST103으로 되돌아온다.

상기한 바와 같이 하여, XY스테이지(7)의 위치를 조정하면서 수광량 데이터를 받아들이는 처리를 M회 실행하고, 매시간의 영역(R) 내의 수광량과 XY스테이지의 위치를 대응시켜서 메모리에 보존한다. 이 처리가 종료되면, ST109로 진행하고, 보존된 수광량을 상기한 기준치와 비교한다. 그리고, 기준치와의 차가 가장 작은 수광량에 대응하는 XY스테이지(7)의 위치를, 측정으로 최적의 위치라고 판별한다.

ST110에서는, 상기 ST109에서 판별한 최적 위치에 XY스테이지(7)를 이동하고, ST111에서 측정 처리를 실행하다. 또한, 이 측정 처리에서는 상기 12에 도시한 것과 같은 순서를 실행하기 때문에 여기서는 상세한 설명을 생략한다.

이하, 다른 측정 대상 영역(300)에 대해서도, 마찬가지로 ST101 내지 111의 처리를 실행한다. 모든 측정 대상 영역(300)에 대한 처리가 종료되면, ST112가 「YES」로 되고 ST113으로 진행하고, 측정 대상 영역(300)마다의 측정 결과에 의거하여, 상기 전극의 배열 패턴의 양부(良否)를 판정한다. 그리고, ST114에서 모니터(2a)(도 14에 도시)나 도시하지 않은 상위 시스템 등에 상기 판정 처리의 결과를 출력하고, 그리고 나서 처리를 종료한다.

상기한 도 16의 순서에 의하면, 어느 측정 대상 영역(300)에 대해서도, 상기 도 13에 화살표(A)로 도시한 위치에 띠형상 광(5)을 조사하여 측정 처리를 행할 수 있기 때문에, 측정 대상의 전극에 의해 생긴 회절광의 표면 반사광상을 이용하여, 상기 전극의 배열 패턴을 정밀도 좋게 측정하는 것이 가능해진다. 따라서, 검사의 정밀도를 대폭적으로 향상시키고, 신뢰성이 높은 검사 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 실시 예의 검사 장치에서는, 설명을 간단하게 하기 위해 센서 헤드(1)를 고정 배열 구비한다고 하였지만, 실제의 사양에서는 검사 대상의 전극의 배열 주기(Λ)에 맞추어 상기 (4)식의 거리(L)를 변동할 수 있도록, 센서 헤드(1) 를 상하이동 가능하게 배열 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 컨트롤러(2S)에 검사 대상의 기판(3)의 두께(t)나 전극(31)의 주기(Λ)를 입력함에 의해 L의 값을 구하고, 이 값에 따라 센서 헤드(1)의 높이를 조정할 수 있다. 또한, 측정 처리시에 수광량 데이터로부터 각 차수의 표면 반사광상을 특정하는 처리(상기 도 10의 ST23에 대응하는 처리)에 있어서도, 입력된 Λ의 값에 의거하여 상기 거리(a)를 구함에 의해 각 표면 반사광상의 위치를 특정할 수 있다.

본 발명에 의하면, 촬상 소자에 의해 표면 반사광의 상과 이면 반사광의 상이 교대로 또한 차수의 순으로 나열한 상태의 수광량의 분포 곡선을 얻을 수 있기 때문에, 이 수광량의 분포 곡선 중에서 각 차수의 표면 반사광의 강도를 추출하여 측정을 행할 수 있다. 따라서, 노이즈 성분을 많이 포함한 이면 반사광의 영향을 받는 일 없이 고정밀도의 측정 처리를 행할 수 있다.

Claims (9)

1. 투광성을 갖는 기판상에 주기성을 갖고 배열된 구조물을 측정 대상으로 하여, 상기 기판 표면의 배열된 복수 주기의 구조물에 걸쳐 광을 조사하였을 때 생기는 회절광을 이용한 측정 처리를 실행하는 장치로서,

   상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향과 상기 기판의 표면을 향하여 조사하는 광의 광축의 방향을 포함하는 면에 있어서의 단면에서 집속하는 광을, 상기 기판의 표면에 대해 상기 단면이 입사면이 되도록 경사 입사에 의해 조사하는 투광부와,

   배열된 복수의 수광용 화소를 가지며, 해당 배열의 방향이 상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향 및 상기 기판의 표면에 의해 정(正)반사된 광의 광축의 방향에 의해 정해지는 면 내에 포함되는 방향인 촬상 소자를 포함하는 수광부를 구비하고,

   상기 촬상 소자상에 있어서, 상기 조사광에 의해 생기는 표면 반사광의 m차의 회절광(m)은 임의의 정수이고, 상기 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부로부터 먼 측을 정으로 한다)과 (m+1)차의 회절광이 입사하는 위치의 사이에 이면 반사광의 m차의 회절광이 입사하도록, 상기 투광부의 상기 기판에 대한 거리 및 조사광의 조사 각도와, 상기 촬상 소자를 포함하는 수광부의 상기 기판에 대한 거리 및 각도가 정해지는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 상기 수광 화소의 배열 방향에 관한 분포 데이터 중의 최대치, 및 상기 투광부와 수광부와의 위치 관계에 의거하여, 상기 수광량의 분포 데이터 중에서 각 차수(次數)의 표면 반사광의 강도를 개별적으로 추출하는 추출 수단과, 상기 추출 수단에 의해 추출된 각 표면 반사광의 강도를 이용하여 상기 구조물을 측정하는 측정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   측정 대상의 구조물의 배열 주기를 입력하는 입력 수단과, 상기 입력 수단에 의해 입력된 배열 주기를 이용하여 상기 촬상 소자에 있어서의 각 차수의 표면 반사광의 입사 위치의 간격을 산출하는 산출 수단을 구비하고,

   상기 추출 수단은, 상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 상기 수광 화소의 배열 방향에 관한 분포 데이터 중에서 최대의 피크와 2번째로 큰 피크가 나열하는 부분부터, 상기 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부에 가까운 쪽에 대응하는 피크를 0차의 표면 반사광의 입사 위치로서 특정함과 함께, 이 입사 위치로부터 상기 산출 수단에 의해 산출된 간격의 m배에 상당하는 거리만큼 떨어진 위치를 m차의 표면 반사광의 입사 위치로서 특정하고, 특정된 각 입사 위치에 의거하여 각 차수의 표면 반사광의 강도를 추출하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 구조물이 배열되지 않은 측정 대상과 동종의 기판에 투광부로부터의 광을 조사하였을 때 생기는 반사광이 상기 촬상 소자에 입사하는 상기 수광 화소의 배열 방향에 관한 위치에 관해 미리 등록된 등록 수단과,

   상기 측정 대상의 기판에 관해, 상기 촬상 소자의 상기 등록 수단에 등록된 위치에 입사하는 수광량의 분포 데이터로부터 최대치를 구하고, 이 최대치 및 상기 투광부와 수광부와의 위치 관계에 의거하여, 상기 촬상 소자 전체의 수광량의 분포 데이터 중에서 각 차수의 표면 반사광의 강도를 개별적으로 추출하는 추출 수단과,

   상기 추출 수단에 의해 추출된 각 표면 반사광의 강도를 이용하여 상기 구조물을 측정하는 측정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   측정 대상의 구조물의 배열 주기를 입력하는 입력 수단과, 상기 입력 수단에 의해 입력된 배열 주기를 이용하여 상기 촬상 소자에 있어서의 각 차수의 표면 반사광의 입사 위치의 간격을 산출하는 산출 수단을 구비하고,

   상기 등록 수단은, 상기 구조물이 배열되지 않은 측정 대상과 동종의 기판에 투광부로부터의 광을 조사하였을 때 생기는 반사광이 상기 촬상 소자에 입사하는 상기 수광 화소의 배열 방향에 관한 위치에 의거하여 미리 구하여진 범위가 등록되고,

   상기 추출 수단은, 상기 수광 화소의 배열 방향에 관해 상기 촬상 소자의 상 기 등록 수단에 등록된 범위에서 최대의 피크와 2번째로 큰 피크가 나열하는 부분부터, 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부에 가까운 쪽에 대응하는 피크를 0차의 표면 반사광의 입사 위치로서 특정함과 함께, 상기 촬상 소자 전체의 수광량의 분포 데이터에 대해, 상기 0차의 표면 반사광의 입사 위치로부터 상기 산출 수단에 의해 산출된 간격의 m배에 상당하는 거리만큼 떨어진 위치를 m차의 표면 반사광의 입사 위치로서 특정하고, 특정된 각 입사 위치에 의거하여 각 차수의 표면 반사광의 강도를 추출하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구조물의 배열 방향으로 직교하는 방향에 대한 투광부의 위치를 조정하기 위한 위치 조정 수단과, 상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 분포 데이터를 이용하여, 상기 위치 조정 수단에 의한 위치 조정 처리를 제어하는 제어 수단을 구비하고,

   상기 제어 수단은 상기 위치 조정 수단에 위치 조정 처리를 행하게 할 때마다, 그 상태하에서 얻어진 수광량의 분포 데이터로부터 0차의 표면 반사광 및 0차의 이면 반사광의 양쪽에 대응하지 않는 범위의 수광량을 추출하는 수단과, 상기 추출된 수광량을 소정의 기준치와 비교하는 수단과, 상기 비교 처리의 결과를 이용하여, 상기 기판과 투광부에 대해 측정에 적합한 위치 관계를 판별하는 수단을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 장치.
7. 투광성을 갖는 기판상에 주기성을 갖고 배열된 구조물을 측정 대상으로 하여, 이 기판 표면의 배열된 복수 주기의 구조물에 걸쳐 광을 조사하였을 때 생기는 회절광을 수광하는 광학식 측정 방법으로서,

   상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향과 상기 기판의 표면을 향하여 조사하는 광의 광축의 방향을 포함하는 면에 있어서의 단면에서 집속하는 광을, 상기 기판의 표면에 대해 상기 단면이 입사면이 되도록 경사 입사에 의해 조사하고,

   배열된 복수의 수광 화소를 가지며, 해당 배열의 방향이 상기 구조물의 배열 방향을 따르는 방향 및 상기 기판의 표면에 의해 정반사된 광의 광축의 방향에 의해 정해지는 면 내에 포함되는 방향인 촬상 소자상에 있어서, 상기 조사 광에 의해 생기는 회절광의 표면 반사광의 m차의 회절광(m은 임의의 정수이고, 상기 기판에서 반사된 회절광에 있어서 투광부로부터 먼 측을 정으로 한다)과 (m+1)차의 회절광이 입사하는 위치의 사이에 이면 반사광의 m차의 회절광이 입사하도록 상기 촬상 소자를 배열 구비하여, 상기 조사광에 대한 기판으로부터의 반사광을 수광하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 촬상 소자에 의한 반사광의 수광 후, 얻어진 수광량의 분포 데이터 중의 최대치, 및 상기 기판의 표면을 향하여 광을 조사하는 투광부와 상기 촬상 소자를 포함하는 수광부와의 위치 관계에 의거하여, 상기 수광량의 분포 데이터 중에서 각 차수의 표면 반사광의 강도를 개별적으로 추출하고, 추출된 각 표면 반사광의 강도를 이용하여 상기 구조물을 측정하도록 한 것을 특징으로 하는 광학식 측정 방법.
9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,

   상기 구조물에 대한 광의 조사 위치를 구조물의 배열 방향으로 직교하는 방향을 따라 이동시키면서, 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 분포 데이터를 이용하여 상기 조사 위치가 측정에 적합한 위치인지의 여부를 판별하는 스텝을 반복하여 실행하고,

   상기 판별의 스텝에서는 상기 촬상 소자에 의해 얻어진 수광량의 분포 데이터로부터 0차의 표면 반사광 및 0차의 이면 반사광의 양쪽에 대응하지 않는 범위의 수광량을 추출하는 스텝과, 상기 추출된 수광량을 소정의 기준치와 비교하는 스텝을 실행하고, 상기 기준치를 상회하는 수광량이 얻어졌을 때, 그 시점에서의 광의 조사 위치가 측정에 적합하다고 판별하는 것을 특징으로 하는 광학식 측정 방법.

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