200303410 玖、發明說明 (發明說明應敘明:發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 【每?^明所屬之^技糊^領】 本發明係有關於一種利用光學顯微鏡及攝影裝置來測 定形成於透明玻璃上之圖樣之線寬的線寬測定裝置及方法 I:先前技術】 習知技術 利用光學顯微鏡及CCD相機等二維影像感知器而測 定形成在半導體晶圓及玻璃基板上之配線圖樣等線寬之裝 1〇置中,特別是用以測定並檢查形成在透明基板上之配線等 之成膜圖樣(如薄膜圖樣)之線寬及圖樣間隔的線寬測定裝 置已使用迄今。所謂透明基板,舉例言之,係指於測定檢 查時了被照射在測定對象基板之光(如可見光、紅外線、 紫外線及X射線等)以可測定之穿透率以上進行穿透的玻璃 15等基板(以下,稱為玻璃基板)。 最近’此種玻璃基板被作為電漿顯示器及LCD之顯 示基板而加以使用,而該玻璃基板之大小舉例言之如 Imxlm ’且有更大型化之傾向。舉例言之,形成在玻璃基 板上之核圖樣係呈第2圖所示般之截面結構。玻璃基板 20 2〇〇之厚度約為〇3mm〜〇7mm程度,而薄膜圖樣a、b 之厚度e,舉例言之為Ιμηι程度,薄膜圖樣B之Tnab為 8陣、BNab為1_,如前所述,形成有極為精細之圖樣 〇 以第3圖說明習知之線寬測定裝置。第3圖係一塊狀 200303410 玖、發明說明 圖,用以顯示基本之線寬測定裝置之結構。丨為待測試料 、2為基板抑制導引器、3為吸附板、4為z軸方向機構部 (Z台)、5為X軸方向機構部(χ台)、6為γ軸方向機構部 (Y台)、7為光學顯微鏡、8為攝影部、9為光源、1〇為測 5疋控制邛、11係用以驅動X台5與γ台6而將控制信號 賦予X台5及γ纟6之XY台控制部、15為用以驅動z 口 4並调整焦點位置而將控制信號賦予z台4之z台控制 ^ 12為監視器、71為物鏡、72為中間透鏡、73為聚光 透鏡、74為分光鏡。 10 待測試料1係以形成在玻璃基板及其表面之金屬薄膜 等配線(或薄膜)圖樣而構成者。且,攝影部8為CCD相機 等ιτν相機,而監視器12係一由CRT、tft及lcd等所 構成之顯示裝置。 如第3圖所示,自光源9輸出之光通過集光透鏡乃、 15分光鏡74、物鏡71而照射於搭載在吸附板3之待測試料i 斤浴人邛刀上。光學顯微鏡7係使藉該已被照射之光而反 射之待測試料1所欲部分的反射光透過物鏡71與中間透鏡 72而在攝影部8上成像。攝影部8取得該像並轉換為電性 仏號藉此攝得測定物試料1上之所欲部分(如薄膜圖樣) 20 ,再作為影像信號輸出至測定控制部10。測定控制部10 可將收取之影像信號加以演算處理,並以電性測定所欲部 分之線寬尺寸,再輸出至監視器12。監視器12係用以顯 厂、、j疋物w式料1之影像及線寬之測定值。測定控制部1 〇則 可控制XY台控制部11與Z台控制部15。 200303410 玖、發明說明 X轴方向機構部5與Y軸方向機構部6為便於攝影吸 附板3上以基板抑制導引器2固定之待測試料1的所欲部 分,而依XY台控制部11之控制被驅動。舉例言之,吸附 板3係結合至真空裝置上,使玻璃基板吸附於吸附板3並 5 固定。另,Z軸方向機構部4係設置成相對測定物試料1 呈垂直,並依Z台控制部15之控制來調整同樣地設置成 垂直之光學顯微鏡7的焦點位置。 如前述,一般而言,第3圖之線寬測定裝置被利用於 測定形成在玻璃基板上之成膜圖樣(如使蒸鍍膜蝕刻為預定 10 形狀之薄膜圖樣)之線寬及圖樣間隔,並檢查形成在玻璃基 板上之成膜圖樣之良否。 茲以第4圖簡單地說明基本尺寸測定處理之原理。 第4(a)圖係顯示一監視器12之攝影部8所攝得之待測 試料1的影像例示。第4(b)圖則係針對第4(a)圖之影像而 15 顯示亮度-像素特性(亮度波形)之一例。 第4(a)圖中,掃描線Li橫跨形成在待測試料1上之圖 樣 500。 如第4(a)、(b)圖所示,攝影部8所攝得之待測試料1 之所欲部分,如水平掃描線Li上之亮度分布可作為對應掃 20 描線Li之影像信號N分解之各像素位置及對各個亮度之 亮度·像素特性而獲得。於此,N為水平掃描線方向之像素 數。 基本之尺寸測定之處理方法係藉亮度-像素特性(亮度 波形)求出尺寸。於第4圖之例示中,令亮度分布中最大亮 200303410 玖、發明說明 度位准51為100%,最小亮度位准52為0%,並令相當於 中間亮度位准50%之亮度位准53之第a個像素與第b個像 素間之位置差為Nab。此外,若令係由用於攝影之顯微鏡 7的測定倍率及攝影部8至測定試料1間之待攝體距離所 5 決定之係數為k,則圖樣500之線寬X可藉式(1)求出。 X=kxNab ...... (1) 於此,第4(a)圖之圖樣500以外之部分則為玻璃基板 本身,其反射率甚低,約為4%程度。 習知之線寬測定裝置中,來自照明器等光源9之光係 10 透過集光透鏡73至分光鏡74,再透過物鏡71而被照射至 待攝體之待測試料1。 待測試料1之反射光係於物鏡71被擴大,再透過中間 透鏡72而入射至攝影部8。攝影部8將入射之光轉換為影 像信號後輸出至測定控制部10。測定控制部10係將輸入 15 之影像信號加以影像處理,並算出待測試料1所欲部分之 影像、測定條件、XYZ位置資訊及線寬測定結果等,再轉 換為監視器12可顯示之格式而輸出至監視器12。 監視器12係用以顯示待測試料1之測定對象所欲部分 之影像、測定條件、XYZ位置情報及線寬測定結果等。 20 待測試料1係搭載於由X軸方向機構部5、Y軸方向 機構部6及吸附板3所構成之XY台,以基板抑制導引器 2定位,並以吸附板3吸附之,再進而固定基板。 XY台係藉X軸方向機構部5朝水平X方向移動,並 藉Y軸方向機構部6而朝Y方向移動,使待測試料1之所 200303410 玖、發明說明 欲部分配合於光學顯微鏡7之光軸線上而定位。Z軸方向 機構部4可朝垂直Z(光軸)方向移動,進而將測定對象1之 測定對象處定位在光學顯微鏡7之焦點位置上。 測定控制部10具有CPU(圖中未示),以進行線寬測定 5 裝置之控制。舉例言之,測定控制部10係將控制信號送至 XY台控制部11並移動吸附板3,使待測試料1之所欲部 分與光學顯微鏡7之光軸一致。藉此,XY台控制部11可 控制吸附板3之位置。另,舉例言之,測定控制部10係將 控制信號送至Z台控制部15,而控制Z軸方向機構部4之 10 位置。 依待測試料1圖樣之截面形狀,攝影部8所攝影像之 亮度波形將如第2圖所示。第2圖之亮度波形201係用以 顯示反射光之亮度波形者,而該反射光係:來自玻璃基板 200中形成有薄膜圖樣側(上側)之光L1照射於該玻璃基版 15 200及形成於該玻璃基板200上之2種圖樣(圖樣A、圖樣 B)時之反射光。 測定線寬時有必要測量形成在玻璃基板200之圖樣A 及B的截面(特別係玻璃基板200與圖樣A及B之玻璃基 板200之接觸部分)之寬度、長度等尺寸或面積。 20 圖樣B可藉照射光L1,而以式(1)測定出上邊之長度 尺寸TNab之亮度波形201的凸部ab間之長度。但,下 邊(與玻璃基板200接觸之底部位置)部分之長度BNab則因 亮度波形201之亮度差微小而檢測困難。 同樣地,圖樣A中,上邊之長度TNab雖可藉檢測亮 10 200303410 玖、發明說明 度波形201之凹部a、b而以式(1)測出,但相當於下邊之 部分(底部位置)之長度BNab則無法自亮度波形2〇1取得, 故而無法測定。 且,即使於圖樣A與B中之任一者,其上部具有其他 5圖樣及構造物時均無法正確測定。 如前述,測定薄膜圖樣之尺寸及面積之理由,亦如已 於第2圖說明者,因薄膜圖樣之尺寸大約僅有5μιη〜15μιη 程度,厚度則約Ιμιη〜5μιη程度,極為精細,故考慮與玻 璃基板間之接著強度之問題及具電極般之配線時其電阻將 10被尺寸及面積左右,因此乃需盡可能正確地測出正確之尺 寸及面積。
C發明内容:J 為達成前述目的,本發明之線寬測定裝置係把即將 形成於透明玻璃基板上之成膜圖樣搭載於χγ台上,再由形 15 成有成膜圖樣之玻璃基板側之裏面進行圖樣之測定。 即,本發明之線寬測定方法係利用線寬測定裝置進 行者,該線寬測定裝置係由以下部分所構成,即:固定台 ,係用以支持已形成有被測定物之測定基板者;照明機構 ,係用以照明該被測定物者;攝影裝置,係透過光學顯微 20 鏡攝影該測定基板者;及信號處理部,係用以處理來自該 攝影裝置之影像信號,並測量該被測定物之尺寸者;其中 ,該攝影裝置係配置於該測定基板中形成有該被測定物之 側的相反側,且藉該照明機構而由該測定基板側照明該被 11 200303410 玖、發明說明 測定物,使其反射光經由該測定基板以藉該攝影裝置進行 攝影。 且本發明之線寬測定方法中,形成有該被測定物之 測定基板為形成有濾色器之液晶基板或TFT基板。 5 此外,本發明之線寬測定裝置其係由以下部分所構 成,即:固定台,係用以支持已形成有被測定物之測定基 板;照明機構,係用以照明該被測定物者;攝影裝置,係 透過光學顯微鏡攝影該測定基板者;及信號處理部,係用 以處理來自該攝影裝置之影像信號,並測量該被測定物之 10 尺寸者;其中,前述攝影裝置及照明機構係設置於該測定 基板中形成有該被測定物之側的相反側,且藉該照明機構 而由該測定基板侧照明該被測定物,使其反射光經由該測 定基板以藉該攝影裝置進行攝影。 此外,本發明之線寬測定裝置更具有用以驅動支持該 15 測定基板之固定台或該攝影裝置之機構部。 此外,本發明之線寬測定裝置係將支持該測定基板之 固定台構成為可使該測定基板大致呈縱方向者。 另,本發明之線寬測定裝置中,該形成有被測定物之 測定基板為形成有濾色器之液晶基板或TFT基板。 20 即,本發明之線寬測定方法係藉一以光學顯微鏡及攝 影裝置測定透明玻璃基板上之被測定物之微小寸法的線寬 測定裝置,以由該玻璃基板裏側測定該被測定物者。 另,本發明之線寬測定方法係將該透明之玻璃基板設 12 200303410 玫、發明說明 置成約略縱向,以由該玻璃基板襄側測定該被測定物者。 此外,本發明之線寬測定裝置係以一線寬測定裝置進 行測定者,而該線寬測定裝置具有用以投影透明基板上之 被測定物的光學顯微鏡,及用以攝影該被投影之被測定物 5並轉換為影像信號之攝影部’再將該影像信號演算處理以 測定該被測定物之線寬者;其更具有用以將該透明基板保 持成約略垂直之台,且該光學顯微鏡係由該透明基板之裏 側投影被測定物。 圖式簡單說明 〇 弟1圖係一塊狀圖,用以顯示本發明一實施例之線寬測定裝置 之基本結構。 第2圖係用以說明習知之測定方法者。 第3圖係一塊狀圖,用以顯示基本之線寬測定裝置結構。 第4圖係用以簡單說明尺寸測定處理之原理者。 5 第5圖係用以說明本發明之測定方法者。 第6圖係用以顯示以習知方法所攝影像之一例者。 第7圖係用以顯示以本發明之方法所攝影像之一例者。 第8圖係用以顯示以習知方法所攝影像之一例者。 〇 帛9圖制’示林發明之方法觸影像之一例者。 一回系塊狀圖,用以顯示本發明其他實施例之線寬測定 裝置之基本結構。 C實施冷式】 發明之實施形態 本發明之〜杳# y 〆 實施例係將形成有薄膜圖樣之玻璃基板搭 13 200303410 坎、發明說明 載於χγ台,再由基板表側形成有薄膜圖樣之基板的未形 成薄膜基板之基板側(基板裏側)照射照明光以進行測定者 。使用第3圖所示之習知裝置並由基板之裏面侧進行測定 時,基板表侧(形成有薄膜圖樣之侧)若與吸附板3接觸, 5 則積體電路之所繪圖樣將損壞,因而必須使基板表側與吸 附板3保持不接觸。 因此,本發明之一實施例中,係將待測試料1設置呈 大致縱方向,再將待測試料1之基板裏側(未形成有薄膜圖 樣之側)的周邊吸附固定住,並將光學顯微鏡配置於待測試 10 料1之裏側,再由基板裏側進行測定。藉此,如第5圖所 示,可測定台形下邊(底部位置)之寬度。 雖亦可考慮如第3圖之習知裝置般地將基板翻面來進 行測量,但將周邊部吸附固定而將玻璃基板2〇〇平面配置 時,因玻璃基板200之大小為imxim且厚度為〇.3m〜 15 0.7m程度,故玻璃基板200之中央部分將彎曲(變形)數十 〜數百μιη程度。而該變形之比例(翹曲之大小)若與欲測定 之薄膜圖樣的尺寸程度相同或更大,或比光學顯微鏡7之 焦點深度為大,則將難以正確測量。因此,本發明之一實 施例中,係將固定基板之χγ台設置成縱向。 20 帛1圖係—塊狀圖’用以顯示本發明之-實施例之線 寬測定裝置的基本結構。 將待測試料1搭載於由吸附板3,及基板抑制導引器2, 所構成之ΧΥ台上。待測試料丨係以基板抑制導引器2,定 位,以吸附板3,吸附待測試料1之周邊部後,再固定於 14 200303410 玖、發明說明 XY台。XY台係安裝於固定台13上,並設置成使待測試 料1大致呈垂直。 待測試料1之基板中,第丨圖之左側係形成有用以測 定之薄膜圖樣之面(表侧),而右側則為未形成有用來測量 5之薄膜圖樣之面(裏側)。其他之結構、測定、演算處理、 及顯示等均與第3圖所示之習知裝置相同而省略其說明。 自光源9輸出之光係透過集光透鏡73、分光鏡74及 物鏡71,而照射在已搭載於吸附板3,之待測試料(玻璃基 板)1之未形成有薄膜圖樣之面的所欲部分。所照射之光將 10於玻璃基板1與薄膜圖樣A,B反射,進而透過光學顯微 鏡7而被攝影部8攝影。 依待測試料1之薄膜圖樣之欲測定部分(測定圖樣)之 截面形狀’攝影部8所攝之測定圖樣之影像的亮度波形 501將如第5圖所示。 測定圖案之線寬測定必須測量待測試料i之圖樣A及 的截面,即,台形形狀之下邊(底部)。 、J定圖樣B時,可與習知技術相同,使下邊長度 BNab 士d 楚 λ “圖般地進行亮度波形處理,並依式⑴而測得 般地推著’圖樣Α亦可同樣地使下邊長度嶋如第4圖 進仃凴度波形處理再依式(1)而測得。 ,可=〜9圖係、由表側及裏側攝影待測試料時之影像之例 藉日立^知技術與本發明間之差異。第6〜9圖之影像係 國際公司製之ITV相機㈤” CCD相機){單色( 15 200303410 玖、發明說明 像素數768(H)x492(V))、畫面速度30Hz(2 : 1間隔 (interlace))}所構成之攝影部8取得。第6圖係以MX50顯 微鏡(物鏡10倍)由表側(上側)攝影TFT基板之一部份所得 影像者,第7圖係用以顯示由裏側(下)攝得之影像者。另 5 ,第8圖係以MX50顯微鏡(物鏡20倍)由表側攝影TFT基 板之一部份所得影像,第9圖則係顯示由裏側攝得之影像 者。 第6圖所示圖樣由該相片之影像就可明瞭,圖樣601 中,圖樣601上更被其他圖樣膜遮蓋而無法明確讀取圖樣 10 之寬度,故難以測定圖樣寬度。 相對於此,本實施例所得之第7圖之照片中,同樣之 圖樣602則可明確地被讀取,故可計測出圖樣602之尺寸 〇 第8及9圖係用以比較使用習知技術及本發明之技術 15 對同一玻璃基板之同一圖樣進行多數次測定時之測定不均 者。以習知技術所得之第8圖中,若以標準偏差之3倍表 示再現性則為〇.〇3μιη,以本發明之技術所得之第9圖中, 若以標準偏差之3倍表示再現性則為0·015μπι。即,再現 性亦有大幅改善,由此可知藉實施本發明,可再現性良好 20 地且較習知測定方法更正確地計測出微細尺寸。 本發明之其他實施例更可如第10圖所示,呈由基板抑 制導引器2’與吸附板3’所構成之卡匣結構,可由固定台 13裝卸,藉此可與由裝著有其他待測試料1之基板抑制導 引器2’與吸附板3’所構成之卡匣14交換,而可容易地進 16 200303410 玖、發明說明 行待測試料之交換。 此外,前述實施例中,雖構成使待測試料1位置於大 致縱向上,但即使位置於垂直方向,當然亦可於焦點距離 範圍内保持某種程度之角度來設置。 5 另,第10圖係一塊狀圖,顯示有本發明另一實施例之 線寬測定裝置之結構。第10之實施例中,依XY台控制部 11之控制而驅動之X軸方向機構部5及Y軸方向機構部 6係使搭載有光學顯微鏡7之Z軸方向機構部4作動,再 攝影待測試料1之所欲部分。此時,與第1圖之例示者相 10 同,將依XY台控制部11之控制,X軸方向機構部5及Y 軸方向機構部6被驅動。此時,有效於在待測試料1與其 他試料交換時使待測試料側作動。 如前所述,為測量待測試料之所欲部分,可明暸無論 係使待測試料側及攝影部側中任一者或二者作動均可。 15 【發明之效果】 如前所述,若依本發明則可: (1)因可由基板裏側進行顯微鏡觀察,故可測定微細 之薄膜圖樣等與基板之接觸部分之線寬,而可針對液晶基 板與濾色器基板上之線圖樣等之形成在透明基板上之成膜 20 圖樣來正確地進行所需之線寬測定檢查,進而提高製造後 程序之成品率。 (2)藉將0.3〜0.7mm厚度之透明基板配置成垂直,可 使其與光學顯微鏡之焦點距離經常保持一定,即使自由作 動XY台,光學顯微鏡亦不致於與透明基板接觸而損及圖 17 200303410 玖、發明說明 樣,進而可提高成品率。 (3)作為形成在imxlm之大型化液晶基板、濾色器基 板、TFT基板等透明基板上之之成膜圖樣的檢查裝置,藉 採用使基板垂直站立而進行測定之方式,可實現裝置之小 5 型化。 【阖式簡單説明】 第1圖係一塊狀圖,用以顯示本發明一實施例之線寬測定裝置 之基本結構。 第2圖係用以說明習知之測定方法者。 〕 第3圖係一塊狀圖,用以顯示基本之線寬測定裝置結構。 第4圖係用以簡單說明尺寸測定處理之原理者。 第5圖係用以說明本發明之測定方法者。 第6圖係用以顯示以習知方法所攝影像之一例者。 第7圖係用以顯示以本發明之方法所攝影像之一例者。 ; 帛8圖制以齡以f知方法觸影像之一例者。 第9圖係用以顯示以本發明之方法所攝影像之一例者。 圖係塊狀圖’用以顯示本發明其他實施例之線寬測定 裝置之基本結構。 20 18 200303410 玖、發明說明 【圖式之主要元件代表符號表】
1...待測試料 12.··監視器 2、2’…基板抑制導引器 13...固定台 3、3’.·.吸附板 14…卡匣 4...Z軸方向機構部 15...Z軸控制部 5...X軸方向機構部 Ή…物鏡 6... Y軸方向機構部 72…中間透鏡 7...光學顯德L鏡 73···集光透鏡 8...攝影部 74···分光鏡 9...光源 200…玻璃綠 10...測定控制部 201...亮度波形。 11...XY台控制部
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