WO2010064352A1

WO2010064352A1 - 線幅測定方法

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Publication number: WO2010064352A1
Application number: PCT/JP2009/005172
Authority: WO
Inventors: 野上大
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2009-10-06
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2011-06-03
Also published as: JP2010133794A; JP5433221B2

Abstract

　透明膜で形成されたパターンは、コントラストの変化が場所によりことなる現象が発生し、輝度変化のパターンと一致しないパターンを測定することができなかった。透明膜パターンのコントラストの変化が変化した場合でも測定が可能な線幅測定方法を実現する。　透明膜のコントラスト変化に合わせて、複数の輝度変化パターンを登録し、登録された複数の輝度変化パターン毎に対応する測定条件を設定し、複数の測定条件で測定する。

Description

線幅測定方法

　本発明は、検査装置若しくは測定装置に関わり、特に、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板等、液晶（ＬＣＤ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）パネル用基板の製造工程で使用される液晶線幅測定に関わる。

　ＬＣＤ基板自動線幅測定装置の概略を図１で説明する。図１は、ガラス等透明な基板上に形成されたパターンに透過照明若しくは反射照明を照射して、顕微鏡を介して得られるパターン像を、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）等の撮像素子を使用したカメラで撮像した画像を画像処理して寸法を測定するための検査装置の構成を説明するための図である。１はＣＣＴＶカメラ、２は自動調光アダプタ、３は直筒、４は投光管、５はレボルバ、６は対物レンズ、７はライトガイド、８は被測定対象である試料を搭載するための試料台、９は透過照明ヘッド、１０はライトガイド、１１は反射照明光源ユニット、１２は透過照明光源ユニット、１３は画像処理ユニット、１４はモニタである。また、直筒３、投光管４、レボルバ５、対物レンズ６で、顕微鏡を構成している。なお、ハーフミラー等、反射照明等に用いられる他の光学部品は周知であるため説明と図示を省略した。

　また、画像処理ユニット１３は、例えば、ＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）等であり、ＣＣＴＶカメラ１が取得した画像を処理して線幅測定を行う他、線幅測定のために、ＬＣＤ線幅測定装置全体を制御するが、制御するための制御信号信号や制御情報取得のための配線は省略している。

　図１において、まず、反射照明を使用する場合には、反射照明光源ユニット１１の射出口から出力される光は、ライトガイド７、投光管４、及び、対物レンズ６を通り、試料台８上に搭載された試料に照射され、反射照明として用いられる。また、透過照明を使用する場合には、透過照明光源ユニット１２の射出口から出力される光はライトガイド１０、透過照明ヘッド９を通り、サンプルを裏面から照射することにより透過照明として用いている。

　測定用のＣＣＴＶカメラ１は、顕微鏡で拡大されたサンプルの画像を撮像し、画像処理ユニット１３に出力する。画像処理装置１３は、撮像されたＣＣＴＶカメラ１の画像を取込み、その画像の輝度波形をモニタ１４に表示する。画像処理ユニット１３には、測定に必要なパラメータを設定する機能がある。例えば、自動調光アダプタ２を制御し、自動調光アダプタ２は、測定用のＣＣＴＶカメラ１の撮像素子（ＣＣＤ）に届く光量が規定量の値になるよう調整する。

　次に、反射照明を用いて透明膜の低コントラストのパターン幅を測定する際の様子を図２で説明する。図２は、反射照明によって、試料上に成膜形成された透明に近いパターン（以下、透明膜と称する）について、コントラストが異なる３つの条件における輝度波形の違いを説明するための図である。１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、及び１６は透明膜、１７はガラス基板、１８、１９、２３、２４、２８、及び２９は反射光、２０、２５、及び３０は輝度波形、２１、２２、２６、２７、３１、及び３２は輝度変化部である。
　なお、図２（ａ）では、反射光１８の矢印の上向部分の長さは、透明膜１６の反射率１８、反射光１９の矢印の上向部分の長さは、透明膜１５ａの反射率１９を相対的に示し、図２（ｂ）では、反射光２３の矢印の上向部分の長さは、透明膜１６の反射率２３、反射光２４の矢印の上向部分の長さは、透明膜１５ｂの反射率２３を相対的に示し、図２（ｃ）では、反射光２８の矢印の上向部分の長さは、透明膜１６の反射率２８、反射光２９の矢印の上向部分の長さは、透明膜１５ｃの反射率２９を相対的に示す。
　反射照明の場合、光はガラス基板１７の上側（上方向）から均一な光が照射される。
　図２（ａ）～図２（ｃ）において、上の図はガラス基板１７上の透明膜１６と、透明膜１６上に形成された被測定対象物である透明膜（試料）１５ａ、１５ｂ、若しくは１５ｃの一部と反射光を模式的に示した断面図で、下の図は当該部分の輝度波形を示したものである。透明膜１５ａ～１５ｃ、及び透明膜１６は、液晶パターンの製造工程で多用される透明膜であり、通常、ガラス基板１７上に形成される。

　図２（ａ）は、透明膜１５ａの反射率１９が下地の透明膜１６の反射率１８より小さい場合（反射率１９＜反射率１８）を示す。また、図２（ｂ）は、透明膜１５ｂの反射率が下地の透明膜１６の反射率より大きい場合（反射率１９＞反射率１８）を示す。また、図２（ｃ）は、透明膜１５ｃの反射率１９と下地の透明膜１６の反射率１８とがほぼ同じ場合（反射率１９≒反射率１８）を示す。
　図２において、反射照明を用いる場合、透明膜１５ａ～１５ｃの反射率と透明膜１６の反射率の差により、透明膜の表面で反射される光の量は異なる。これを、図２の上向き矢印の長さで表現した。顕微鏡に取付けられた測定用のカメラ（図１参照）の画像から輝度波形を表示すると、図２の輝度波形２０、２５、若しくは３０のようになる。

　図２（ａ）に示すように、透明膜１５ａと透明膜１６の表面で反射される光の量が、反射率１９＜反射率１８の関係である場合、輝度波形２０は、輝度変化部２１、２２で分かるように、透明膜１５ａの有無を境にして、図の左から白－黒－白という具合に変化する。
　また、図２（ｂ）に示すように、透明膜１５ｂと透明膜１６の表面で反射される光の量が、反射率２４＞反射率２３の関係である場合、輝度波形２５は、輝度変化部２６、２７で分かるように、透明膜１５ｂの有無を境にして、図の左から黒－白－黒という具合に変化する。
　また、図２（ｃ）に示すように、透明膜１５ｃと透明膜１６の表面で反射される光の量が、反射率２９≒反射率２８の関係である場合、輝度波形３０は、輝度変化部３１、３２で分かるように、透明膜１５ｃの有無を境にして、Ｖ字形状の輝度変化が現れる。

　さらに、透過照明を用いて透明膜の低コントラストのパターン幅を測定する際の様子を図３で行うと次のようになる。図３は、透過照明によって、試料上に成膜形成された透明に近いパターン（以下、透明膜と称する）について、コントラストが異なる２つの条件における輝度波形の違いを説明するための図である。３３ａ、３３ｂ、及び３４は透明膜、３５はガラス基板、３６、３７、４１、及び４２は透過光、３８と４３は輝度波形、３９、４０、４４、及び４５は輝度変化部である。
　なお、透過光３７の矢印の長さは、ガラス基板３５、透明膜３４、及び透明膜３３ａを通過する時の透過率３７、透過光３６の矢印の長さは、ガラス基板３５及び透明膜３４を通過する時の透過率３６、並びに、透過光４２の矢印の長さは、ガラス基板３５、透明膜３４、及び透明膜３３ｂを通過する時の透過率４２、透過光４１の矢印の長さは、ガラス基板３５及び透明膜３４を通過する時の透過率４２を相対的に示す。
　図３（ａ）と図３（ｂ）において、上の図はガラス基板３５上の透明膜３４と、透明膜３４上に形成された被測定対象物である透明膜（試料）３３ａ若しくは３ｂの一部と反射光を模式的に示した断面図で、下の図は当該部分の輝度波形を示したものである。透明膜３３ａ、３３ｂ、及び透明膜３４は、液晶パターンの製造工程で多用される透明膜であり、通常、ガラス基板３５上に形成される。

　図３（ａ）は、透明膜３３ａの膜厚が厚いと、透過率３７が下地の透明膜３４の透過率３６より小さくなり（透過率３７＜透過率３６）を示す。また、図３（ｂ）は、透明膜３３ｂの膜厚が比較的薄いので、透明膜３３ｂの透過率４２と下地の透明膜３４の透過率４１とがほぼ同じとなる（反射率４２≒反射率４１）。
　透過照明の場合、光はガラス基板の下側（下方向）から均一な光が照射される。従って、顕微鏡に取付けられた測定用のカメラの画像は、ガラス基板３５と透明膜３４を通過した光、または、さらに被測定対象物である透明膜（試料）３３ａ、３３ｂを通過した光を観察することになる。このため、透明膜３４と透明膜３３ａ若しくは３３ｂの透過率に応じた輝度変化が現れる。

　図３において、透過照明を用いる場合、透明膜３３ａと３３ｂの透過率と透明膜３４の透過率の差により、ガラス基板と透明膜を透過する光の量は異なる。これを、図３の上向き矢印の長さで表現した。顕微鏡に取付けられた測定用のカメラ（図１参照）の画像から輝度波形を表示すると、図３の輝度波形３８、若しくは４３のようになる。

　即ち、図２と同様に、図３（ａ）と図３（ｂ）に示す矢印の長さを透過率とみなした場合、図３（ａ）では、ガラス基板３５を通り、透明膜３４と透明膜３３ａを透過する光の量が、透過率３７＜透過率３６の関係である場合、輝度波形３８は、輝度変化部３９、４０で分かるように、透明膜３３ａの有無を境にして、図の左から白－黒－白という具合に変化する。
　また、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板３５を通り、透明膜３４と透明膜３３ｂを透過する光の量が、透過率４２≒透過率４１の関係である場合、輝度波形４３は、輝度変化部４４、４５で分かるように、透明膜３３ｂの有無を境にして、Ｖ字形状の輝度変化が現れる。

特開２００５－２８３３１９号公報

　図４によって、画像処理ユニット（図１参照）での測定プログラムによるエッジの認識について説明する。図４は、測定プログラムにおける輝度変化の登録パターン例を示す図である。４６ａ、４６ｂ、及び、４６ｃは、輝度変化の登録パターンである。
　上述の従来例について、画像処理ユニット（図１参照）での測定プログラムによるエッジの認識は、図４に示すとおり、測定するエッジの輝度変化が、図４（ａ）の輝度変化登録パターン４６ａの白－黒、図４（ｂ）の輝度変化登録パターン４６ｂの黒－白、図４（ｃ）の輝度変化登録パターン４６ｃのＶ字の左側とＶ字の右側のいずれか１つの輝度変化をパラメータとして設定する。

　このため、従来の線幅測定装置では、設定した輝度変化のパターンと実際の輝度変化が異なる場合、測定することができなかった。なお、このような現象は、同一の基板であっても、場所ごとに透明膜の膜厚が均等でないことにより輝度変化の様子が変わっている。このため、透明膜で形成されたパターンは、コントラストの変化が場所によりことなる現象が発生し、輝度変化のパターンと一致しないパターンを測定することができなかった。
　本発明の目的は、透明膜パターンのコントラストの変化が変化した場合でも測定が行える線幅測定方法を提供することにある。

　上記の目的を達成するため、本発明の線幅測定方法は、透明膜のコントラスト変化に合わせて、複数の輝度変化パターンを登録し、登録された該複数の輝度変化パターンに対応する測定条件を設定し、該測定条件にて画像処理を行い、該画像処理によって測定がＯＫであれば、ＯＫであった測定結果を採用するものである。

　本発明によれば、被検査対象物である透明膜のパターンのコントラストが変化した場合でも、測定可能な線幅測定方法を実現できる。

ＬＣＤ基板線幅測定装置の概略構成を説明するためのブロック図。従来の反射照明による透明膜のコントラストの違いを説明するための図。従来の透過照明による透明膜のコントラストの違いを説明するための図。測定プログラムにおける輝度変化の登録パターン例を示す図。本発明の一実施例の複数の輝度変化パターンを示す図。本発明の線幅測定方法の一実施例の処理動作を説明するためのフローチャート。

　以下、本発明の一実施例を、図５によって説明する。図５は、反射照明によって、試料上に成膜形成された透明に近いパターン（以下、透明膜と称する）について、コントラストが異なる３つの条件における輝度波形の違いを説明するための図、及び、本発明の一実施例の、登録される複数の輝度変化パターンを示す図である。４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、及び４８は透明膜、４９はガラス基板、５０、５１、５５、５６、６０、及び６１は反射光、５２、５７、及び６２は輝度波形（輝度変化パターン）、５３、５４、５８、５９、６３、及び６４は輝度変化部である。
　図２と同様に、反射照明の場合、光はガラス基板４９の上側（上方向）から均一な光が照射される。
　図５（ａ）～図５（ｃ）において、上の図はガラス基板４９上の透明膜４８と、透明膜４８上に形成された被測定対象物である透明膜（試料）４７ａ、４７ｂ、若しくは４７ｃの一部と反射光を模式的に示した断面図で、下の図は当該部分の輝度波形を示したものである。透明膜４７ａ～４７ｃ、及び透明膜４８は、液晶パターンの製造工程で多用される透明膜であり、通常、ガラス基板４９上に形成される。

　図５において、透明膜４７ａ～４７ｃ、及び透明膜４８並びにガラス基板４９で構成される試料の被測定対象パターンを反射照明で測定する場合、従来技術で説明した通り、透明膜４８と透明膜４７ａ～４７ｃの反射率の相違により、測定用のカメラ（図１参照）から得られる輝度波形の傾向は異なる。
　これを、図５の上向き矢印の長さで表現した。顕微鏡に取付けられた測定用のカメラ（図１参照）の画像から輝度波形を表示すると、図５の輝度波形５２、５７、若しくは６２のようになる。

　図５（ａ）に示すように、透明膜４７ａと透明膜４８の表面で反射される光の量が、反射率５１＜反射率５０の関係である場合、輝度波形５２は、輝度変化部５３、５４で分かるように、透明膜４７ａの有無を境にして、図の左から白－黒－白という具合に変化する。
　また、図５（ｂ）に示すように、透明膜４７ｂと透明膜４８の表面で反射される光の量が、反射率５６＞反射率５５の関係である場合、輝度波形５７は、輝度変化部５８、５９で分かるように、透明膜４７ｂの有無を境にして、図の左から黒－白－黒という具合に変化する。
　また、図５（ｃ）に示すように、透明膜４７ｃと透明膜４８の表面で反射される光の量が、反射率６１≒反射率６０の関係である場合、輝度波形６２は、輝度変化部６３、６４で分かるように、透明膜４７ｃの有無を境にして、Ｖ字形状の輝度変化が現れる。

　上述したように、透明膜４７ａ～４７ｃと透明膜４８での反射率の大小関係により、測定用のカメラから得られる輝度波形の傾向は異なる。本発明では、輝度波形５２（白－黒－白）、輝度波形５７（黒－白－黒）、及び輝度波形６２（Ｖ字－Ｖ字）のパターンを測定できる測定条件１～３を予め画像処理ユニットに設定しておき、該測定条件１～３によって画像処理を行うくことによって、測定を行う。

　なお、通常、図５（ｃ）の輝度波形に対する測定条件３では、コントラスト変化が小さいため、エッジの傾斜部でしか輝度信号の変化が現れない。このため、測定条件１（図５（ａ））や測定条件２（図５（ｂ））の場合に比べて、輝度波形として認識するしきい値を低く設定する。しかし、しきい値を低く設定することにより誤測定（エッジと異なる部分を測定）が発生する可能性がある。このため、測定条件１及び測定条件２、等ではしきい値を誤測定が発生しない値に設定し、測定条件３より先に測定する。これによって、ある程度誤測定が発生しないようにすることが可能となる。
　また、測定条件３においても、しきい値を小さく設定しても、エッジ部の輝度波形が一旦下がった後、上がるため、誤測定を軽減できる。もし、エッジ部の輝度波形が一旦下がった後、上がらなければ、測定不可として、被測定対象をＮＧとすることができる。

　なお、本発明の測定方法は、図１で説明した線幅測定装置において、画像処理ユニットの測定プログラム及び複数の登録パターンとによって実現可能である。

　本発明によって測定する場合のアルゴリズムを、図６を用いて説明する。図６は、本発明の線幅測定方法の一実施例の処理動作を説明するためのフローチャートである。図６の処理は、画像処理ユニット（図１参照）が、図６の実施例に従って実行する。
　まず、予め、図５で説明したように、反射率若しくは透過率の大小関係に基づいて、輝度変化のパターン３種類を設定する（例えば、図５の輝度波形５２、５７、及び６２）。そして、それらの輝度波形に対応する測定条件１～３を設定しておく。なお、この実施例では、それぞれの輝度変化のパターンについて、エッジを検出し、検出されたエッジ周辺に所定の大きさの画像処理ウィンドウを設定し、設定されたウィンドウ内で輝度パターンを登録している。

　まず、本発明の画像処理前に、被測定対象のパターンを測定するための画像を取得して、測定を開始する。
　ステップ６０１では、測定条件１を選択し、ステップ６０２に移行する。
　ステップ６０２では、選択された測定条件１によって、取得された画像から線幅測定を実行し、ステップ６０３に移行する。
　ステップ６０３では、対象画像について測定処理が終わっていない次の測定条件が設定されているか否かを判定し、否であればステップ６０５に移行し、設定されていれば、ステップ６０４に移行する。
　ステップ６０４では、次の測定条件を選択し、ステップ６０２に戻る。

　ステップ６０５では、測定条件を示す番号ｎを１（ｎ＝１）に設定しステップ６０６に移行する。
　ステップ６０６では、測定条件ｎで測定ができた（測定がＯＫ）か否（測定がＮＧ）かを判定し、判定ができた場合はステップ６０９に移行し、否であればステップ６０７に移行する。
　ステップ６０７では、ステップ６０６で判定が済んでいない次の測定条件があるか否かを判定し、否であればステップ６１０に移行し、次の測定条件がある場合には、ステップ６０８に移行する。

　ステップ６０８では、測定条件を示す番号ｎに１を加えて新しいｎ（ｎ＝ｎ＋１）に設定しステップ６０６に移行する。
　ステップ６０９では、測定条件ｎの測定結果を採用して、測定を終了する。
　ステップ６１０では、測定ができなかったので、エラーコードをセットして測定処理を終了する。

　以上述べたように、全ての条件で測定を行う。測定条件１から順にチェックを行い、測定がＯＫであれば、その結果を採用し、ＮＧであれば次の測定条件である測定条件２の結果を確認する。同様に測定がＮＧであれば測定条件３の測定結果を確認する。
　このように、設定された測定条件数分（図５、６の場合には、３条件）、測定がＯＫかＮＧかを順次確認し、判定で測定がＯＫである測定値を採用するものである。

　なお、図６の実施例において、測定がＯＫかＮＧかの判定の方法を簡単に述べる。
（１）取得された画像から輝度波形を求め、その輝度波形からエッジを認識し、認識したエッジ部分について、予め設定されたスライスレベル位置（画素番地）を計算する（２点）。
（２）２つのスライスレベル位置（画素番地）間の画素長さを計算する。
（３）ヒストグラム処理する。
（４）画素寸法を測定値に変換する。
　以上（１）～（４）の処理が正常に実行された場合、測定がＯＫと判定し、正常に実行されなければ、測定がＮＧと判定する。

　上述の実施例によれば、線幅測定装置の液晶パターンの線幅測定用画像処理ソフトで被写体のコントラストが異なるパターンの線幅測定ににおいて、コントラストが安定していない、パターンの測定を行うことが可能となる。
　なお、図６の実施例では、全ての測定条件で測定した後、測定が行えた測定値を採用しているが、測定が成功した時点で、次の測定条件による測定は行わず、測定を終了しても良い。

　上述の実施例では、登録される輝度波形パターンとそれに対応する測定条件が３種類であった。しかし、３種類に限る必要は無く、また、輝度波形パターン１に対して、測定条件が複数あっても良い。
　例えば、登録される輝度波形パターンを大小関係とする場合に、さらに２倍若しくは任意の倍率で区別しても良い。また、スライスレベルや輝度変化の大小、等、測定条件のパラメータが異なるようにすることで、１つの登録される輝度波形パターンに対して、複数の測定条件を設けるようにしても良い。

　１：ＣＣＴＶカメラ、　２：自動調光アダプタ、　３：直筒、　４：投光管、　５：レボルバ、　６：対物レンズ、　７：ライトガイド、　８：試料台、　９：透過照明ヘッド、　１０：ライトガイド、　１１：反射照明光源ユニット、　１２：透過照明光源ユニット、　１３：画像処理ユニット、　１４：モニタ、　１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１６：透明膜、　１７：ガラス基板、　１８、１９、２３、２４、２８、２９：反射光、　２０、２５、３０：輝度波形、２１、２２、２６、２７、３１、３２：輝度変化部、　３３ａ、３３ｂ、３４：透明膜、　３５：ガラス基板、　３６、３７、４１、４２：透過光、　３８、４３：輝度波形、　３９、４０、４４、４５：輝度変化部、　４６ａ、４６ｂ、４６ｃ：輝度変化の登録パターン、　４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４８：透明膜、　４９：ガラス基板、　５０、５１、５５、５６、６０、６１：反射光、　５２、５７、６２：輝度波形（輝度変化パターン）、　５３、５４、５８、５９、６３、６４：輝度変化部。

Claims

　透明膜のコントラスト変化に合わせて、複数の輝度変化パターンを登録し、登録された複数の輝度変化パターン毎に対応する測定条件を設定し、複数の測定条件で測定することを特徴とする線幅測定方法。