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JP2001165635A - Inspection device - Google Patents

Inspection device

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Publication number
JP2001165635A
JP2001165635A JP35086299A JP35086299A JP2001165635A JP 2001165635 A JP2001165635 A JP 2001165635A JP 35086299 A JP35086299 A JP 35086299A JP 35086299 A JP35086299 A JP 35086299A JP 2001165635 A JP2001165635 A JP 2001165635A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixel
width direction
linear
measured
image sensor
Prior art date
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Granted
Application number
JP35086299A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4106836B2 (en
Inventor
Yutaka Imai
裕 今井
Ayumi Taguchi
歩 田口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP35086299A priority Critical patent/JP4106836B2/en
Publication of JP2001165635A publication Critical patent/JP2001165635A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4106836B2 publication Critical patent/JP4106836B2/en
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely measure the edge position of the protruding part of a device having an irregular pattern formed on the surface with high reproducibility. SOLUTION: In a line width measuring device 1, the circuit line of one CMOS to be measured is imaged in the state where the circuit line and the pixel train of a CCD image sensor are inclined in the measurement of the line width of the circuit line. A plurality of optical profiles crossing in the lateral direction of the circuit line is generated from the taken image. A fitting curve is determined from the profiles to specify a plurality of edge positions. The edge positions are averaged to determine the final edge position.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、線状の凸部を有す
る凹凸パターンが表面上に形成されたデバイスを検査す
る検査装置に関するものであり、例えば、半導体ウェハ
上に形成されたウェハパターンの線幅を測定する線幅測
定装置として適用される検査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inspection apparatus for inspecting a device in which a concavo-convex pattern having a linear convex portion is formed on a surface. For example, the present invention relates to a device for inspecting a wafer pattern formed on a semiconductor wafer. The present invention relates to an inspection device applied as a line width measuring device for measuring a line width.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ウェハの製造プロセスにおいて、
例えばCMOSにおけるゲート線幅などのウェハパター
ンの線幅の検査工程は、半導体ウェハの歩留まりに直接
影響するため、製造上の重要な工程の一つとなってい
る。ウェハパターンの線幅の検査は、走査型電子顕微鏡
(SEM)により行われているのが現状である。SEM
は、電子線を検査対象に照射する手法を用いた顕微鏡で
あるため、測定試料である半導体ウェハを真空中に置く
必要がある。しかしながら、近年、SEMは、半導体ウ
ェハの大型化にともなって真空漕が大型化している。し
たがって、SEMの価格やメンテナンス等の関係から半
導体製造プロセスの構築時において充分な装置数を確保
できず、そのためのスループットの悪化により、ウェハ
ーパターンの線幅を全ウェハに対して検査することがで
きなくなっていた。
2. Description of the Related Art In a semiconductor wafer manufacturing process,
For example, an inspection process of a line width of a wafer pattern such as a gate line width in CMOS is one of the important processes in manufacturing because it directly affects the yield of semiconductor wafers. At present, inspection of the line width of a wafer pattern is performed by a scanning electron microscope (SEM). SEM
Is a microscope using a method of irradiating an inspection target with an electron beam, and therefore, it is necessary to place a semiconductor wafer as a measurement sample in a vacuum. However, in recent years, the vacuum tank of the SEM has been increased in size with the increase in the size of the semiconductor wafer. Therefore, it is not possible to secure a sufficient number of devices at the time of constructing a semiconductor manufacturing process due to the cost and maintenance of the SEM, and the line width of the wafer pattern can be inspected for all the wafers due to the deterioration of the throughput due to this. Was gone.

【0003】ところで、本出願人は、紫外光レーザを用
いた顕微鏡を、特願平11−164448号により提案
している。この特願平11−164448号で提案した
紫外光レーザを用いた顕微鏡装置は、Nd:YAG(1
064nm)レーザの4倍波(266nm)等の紫外光
レーザを用いている。このような紫外光レーザを用いれ
ば、例えば、ウェハパターンの回路線幅が0.18nm
や0.15nm或いはそれ以下といったディープサブミ
クロンクラスのCMOSであっても、そのウェハパター
ンの回路線幅は十分観察することができる。そのため、
SEMに代えて、紫外光レーザを用いた顕微鏡装置を用
いて、ウェハパターンの線幅を測定することが可能とな
る。このような紫外光レーザを用いた顕微鏡装置は、光
学式であるためSEMほどの絶対精度を得ることはでき
ないが、空気中での測定が可能であるため半導体製造プ
ロセスに容易に組み込むことができ、また、SEMと比
較して安価且つ高速にウェハパターンの線幅を測定する
ことができる。
The present applicant has proposed a microscope using an ultraviolet laser in Japanese Patent Application No. 11-164448. A microscope apparatus using an ultraviolet laser proposed in Japanese Patent Application No. 11-164448 is disclosed in Nd: YAG (1).
064 nm) and an ultraviolet light laser such as a fourth harmonic (266 nm) of a laser. If such an ultraviolet laser is used, for example, the circuit line width of the wafer pattern is 0.18 nm.
Even in a deep submicron class CMOS of 0.15 nm or less, the circuit line width of the wafer pattern can be sufficiently observed. for that reason,
The line width of the wafer pattern can be measured using a microscope apparatus using an ultraviolet laser instead of the SEM. A microscope device using such an ultraviolet laser cannot obtain absolute accuracy as high as an SEM because it is an optical type, but can be easily incorporated into a semiconductor manufacturing process because it can be measured in air. In addition, the line width of the wafer pattern can be measured at a lower cost and at a higher speed as compared with the SEM.

【0004】以下、紫外光レーザを用いた顕微鏡装置に
より半導体ウェハのウェハパターンの線幅測定の手法に
ついて説明する。
Hereinafter, a method of measuring the line width of a wafer pattern of a semiconductor wafer using a microscope apparatus using an ultraviolet laser will be described.

【0005】照射するレーザ波長と同程度の線幅とされ
た線状の凸部を有する凹凸パターンを光学顕微鏡で撮像
した場合、観察された画像の線状の凸部を幅方向に切断
して得られる光学的なプロファイルは、図8に示すよう
に、そのエッジ部分にオーバーシュートが現れる。この
オーバーシュートは、光の干渉・回折等の影響によって
生じるものである。
When an unevenness pattern having a linear projection having a line width substantially equal to the laser wavelength to be irradiated is picked up by an optical microscope, the linear projection of the observed image is cut in the width direction. As shown in FIG. 8, the obtained optical profile has an overshoot at its edge. This overshoot is caused by the influence of light interference, diffraction and the like.

【0006】このオーバーシュートが現れる位置は、理
論上、線状の凸部のエッジ部分とは異なるものである。
しかしながら、そのオーバシュートのピーク部分は、線
状の凸部の形状に対して再現性を有しているため、プロ
ファイルから得られるオーバーシュートのピーク部分間
の距離を、線状の凸部の線幅として相対的に定義するこ
とが可能である。また、線状の凸部の線幅を絶対的な距
離として求めるには、例えば、SEM等の高精度な測定
装置による測定結果との相関関係を求めることにより、
真値に換算すればよい。
The position where this overshoot appears is theoretically different from the edge portion of the linear projection.
However, since the peak portion of the overshoot has reproducibility with respect to the shape of the linear convex portion, the distance between the peak portions of the overshoot obtained from the profile is changed by the line of the linear convex portion. It can be defined relatively as width. Further, in order to determine the line width of the linear convex portion as an absolute distance, for example, by obtaining a correlation with a measurement result by a high-precision measuring device such as an SEM,
What is necessary is just to convert to a true value.

【0007】具体的に、紫外光レーザの波長が266n
mとされたDUV顕微鏡装置により、ゲート線幅が15
0nmとされたCMOSを観察すると、その観察画像
は、図9に示すようになり、その線幅方向の光学プロフ
ァイルは、線分Xに示すようになる。
Specifically, the wavelength of an ultraviolet laser is 266n.
m, the gate line width was 15
When observing the CMOS of 0 nm, the observed image is as shown in FIG. 9, and the optical profile in the line width direction is as shown by the line segment X.

【0008】このように得られるプロファイルは、CC
D(charg coupled device)イメージセンサの各ピクセ
ルから得られるものであるため、各ピクセル位置におけ
るサンプリング値である。そのため、サンプリング値と
して得られるプロファイルを、例えば2次関数や3次関
数等によりフィッティングを行い、図10に示すよう
な、フィッティング曲線を求める。続いて、フィッティ
ングして得られたフィッティング曲線の極小ピーク値を
求め、エッジ位置を特定する。そして、2つのエッジ位
置間の距離を求めることにより、線幅を測定することが
できる。
[0008] The profile thus obtained is CC
Since it is obtained from each pixel of a D (charg coupled device) image sensor, it is a sampling value at each pixel position. Therefore, a profile obtained as a sampling value is fitted by, for example, a quadratic function or a cubic function, and a fitting curve as shown in FIG. 10 is obtained. Subsequently, the minimum peak value of the fitting curve obtained by the fitting is obtained, and the edge position is specified. Then, the line width can be measured by obtaining the distance between the two edge positions.

【0009】このようにCCDのピクセル単位のサンプ
リング値として得られるプロファイルからフィッティン
グ曲線を求めることにより、紫外光レーザを用いた顕微
鏡装置であっても、そのCCDのピクセル間隔以下の距
離精度で、即ち、サブピクセル精度で、エッジ間距離を
求めることが可能となり、高精度な線幅測定ができる。
As described above, by obtaining a fitting curve from a profile obtained as a sampling value of a pixel unit of a CCD, even in a microscope apparatus using an ultraviolet laser, the distance accuracy is equal to or less than the pixel interval of the CCD. , The distance between edges can be obtained with sub-pixel accuracy, and highly accurate line width measurement can be performed.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
に紫外光レーザを用いた顕微鏡装置では、光学的な条件
等を同一にして同じプロファイルが得られるような状態
としたとしても、元のプロファイルには高次項成分が含
まれているので、その高次項の成分より低い関数で表さ
れるプロファイル曲線によりフィッティングをしても、
量子化誤差が発生してしまう。したがって、紫外光レー
ザを用いた顕微鏡装置によりエッジ位置を特定する場
合、ピクセル単位でサンプリングをすることによる量子
化誤差の影響から、フィッティングを行ってサブピクセ
ル精度でエッジ位置を特定する限りにおいては、その再
現性には限界が生じる。
As described above, in a microscope apparatus using an ultraviolet laser as described above, even if optical conditions and the like are made the same so that the same profile can be obtained, the original profile can be obtained. Contains higher-order components, so even if fitting with a profile curve represented by a function lower than that higher-order component,
A quantization error occurs. Therefore, when specifying the edge position by a microscope device using an ultraviolet laser, from the influence of the quantization error by sampling in pixel units, as long as fitting to specify the edge position with sub-pixel accuracy, Its reproducibility is limited.

【0011】例えば、半導体ウェハ上におけるピクセル
の間隔が24nmであるとすれば、エッジ位置は、その
再現性の限界から、±2〜3nm程度間で変動してしま
う。
For example, if the interval between pixels on a semiconductor wafer is 24 nm, the edge position fluctuates between about ± 2 to 3 nm due to the limit of reproducibility.

【0012】具体的に、高次の原関数に対して、低次の
フィッティング曲線によりフィッティングを行ったとき
における再現性について説明する。
Specifically, the reproducibility when fitting a higher-order original function with a lower-order fitting curve will be described.

【0013】例えば、図11に示すような、(x,y)
=(0,0)座標において、極小ピーク値が存在する関
数に対して、3次関数によりフィッティングを行い、極
小ピーク値の位置を求めてみる。プロファイルに相当す
る関数は、便宜的に3次より高次の4次関数を使う。こ
こでサンプリング間隔は、CCDのピクセル間隔に対応
する。
For example, as shown in FIG.
At the = (0,0) coordinate, fitting is performed by a cubic function on a function having a minimum peak value, and the position of the minimum peak value is obtained. For the function corresponding to the profile, a quartic function higher than the cubic function is used for convenience. Here, the sampling interval corresponds to the pixel interval of the CCD.

【0014】図12(A)〜図12(F)に、サンプリ
ング点を0.2ずつずらしてフィッティングをしたとき
のフィッティング関数を示す。これらは、標本が0.2
ピクセル(4.8mm)物体面内で横ずれしたことに相
当する。
FIGS. 12A to 12F show fitting functions when fitting is performed by shifting the sampling points by 0.2. These are 0.2 samples
This corresponds to a lateral shift in the pixel (4.8 mm) object plane.

【0015】この場合、サンプリング点のピクセルずれ
に対する極小ピーク値(エッジ位置)は、図13に示す
ように、1ピクセル間隔に対して約±0.15ピクセル
間隔のなかで変動が生じる。例えば、CCDの画素の1
ピクセルが24nmであれば、7nm程度の間で変動す
ることとなる。
In this case, the minimum peak value (edge position) with respect to the pixel shift at the sampling point fluctuates within an interval of about ± 0.15 pixels with respect to one pixel interval as shown in FIG. For example, one of the CCD pixels
If the pixel is 24 nm, it will fluctuate between about 7 nm.

【0016】本発明は、このような実情を鑑みてなされ
たものであり、凹凸パターンが表面上に形成されたデバ
イスの凸部のエッジ位置を、高精度に再現性よく測定す
ることができる検査装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and is an inspection method capable of measuring the edge position of a convex portion of a device having a concavo-convex pattern formed on a surface with high accuracy and high reproducibility. It is intended to provide a device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる検査装置は、線状の凸部を有する
凹凸パターンが表面上に形成されたデバイスを検査する
検査装置であって、上記デバイスを支持する支持手段
と、2次元配列されたピクセルを有する撮像素子により
上記デバイスの表面を撮像する撮像手段と、上記線状の
凸部の幅方向を横断する上記撮像素子のピクセル列から
得られる画像データに基づき、上記線状の凸部の幅方向
に対する上記凹凸パターンの2次元のプロファイル曲線
を生成し、上記線状の凸部のエッジ位置を測定する測定
手段とを備え、上記撮像手段は、測定対象となる線状の
凸部と上記撮像素子のピクセルとの相対位置を、上記線
状の凸部の幅方向にピクセル間隔以下で位置ずれさせ
て、上記デバイスの表面を撮像し、上記測定手段は、幅
方向にピクセル間隔以下で位置ずれさせた各位置におい
て測定対象となる上記線状の凸部の幅方向の複数のエッ
ジ位置を測定し、測定した複数のエッジ位置を平均化し
たエッジ位置を求めることを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, an inspection apparatus according to the present invention is an inspection apparatus for inspecting a device having an uneven pattern having linear projections formed on a surface. Supporting means for supporting the device, imaging means for imaging the surface of the device by an imaging element having pixels arranged two-dimensionally, and pixels of the imaging element traversing the width direction of the linear projections Measuring means for generating a two-dimensional profile curve of the concavo-convex pattern in the width direction of the linear convex portion based on image data obtained from the column, and measuring an edge position of the linear convex portion; The imaging means shifts the relative position between the linear convex portion to be measured and the pixel of the image sensor at a pixel interval or less in the width direction of the linear convex portion, and displays the table of the device. The measuring means measures a plurality of edge positions in the width direction of the linear convex portion to be measured at each position shifted in the width direction by a pixel interval or less, and measures a plurality of measured edges. An edge position obtained by averaging the positions is obtained.

【0018】具体的には、この検査装置は、上記撮像素
子のマトリクス状に2次元配列されたピクセルの一方向
が、上記線状の凸部の幅方向に対して所定の角度となる
ように、撮像手段を、上記支持手段に支持された上記デ
バイスに対して傾けて配置する。そして、この検査装置
は、測定手段により、上記線状の凸部の幅方向を横断す
る上記撮像素子の複数のピクセル列から得られる複数の
画像データに基づき、複数の上記プロファイル曲線を生
成し、各プロファイル曲線から求めた上記線状の凸部の
複数のエッジ位置を測定し、測定した複数のエッジ位置
を平均化したエッジ位置を求める。
More specifically, the inspection apparatus is arranged such that one direction of the pixels arranged two-dimensionally in a matrix of the image pickup device is at a predetermined angle with respect to the width direction of the linear projection. The imaging means is disposed at an angle with respect to the device supported by the support means. Then, the inspection device generates a plurality of the profile curves based on a plurality of image data obtained from a plurality of pixel rows of the image sensor that traverses the width direction of the linear protrusion by the measuring unit, A plurality of edge positions of the linear protrusion determined from each profile curve are measured, and an edge position obtained by averaging the measured plurality of edge positions is determined.

【0019】また、他には、この検査装置は、上記支持
手段により、上記線状の凸部の幅方向にピクセル間隔以
下で上記デバイスを移動させ、上記撮像手段により、ピ
クセル間隔以下で移動させて各位置で上記デバイスの表
面を撮像する。そして、この検査装置は、上記測定手段
により、上記撮像手段が撮像した各位置での画像データ
に基づき、複数の上記プロファイル曲線を生成し、各プ
ロファイル曲線から求めた上記線状の凸部の複数のエッ
ジ位置を測定し、測定した複数のエッジ位置を平均化し
たエッジ位置を求める。
Further, in the inspection apparatus, the supporting device may move the device at a pixel interval or less in the width direction of the linear projection, and the imaging device may move the device at a pixel interval or less. To image the surface of the device at each location. Then, the inspection apparatus generates a plurality of the profile curves based on the image data at each position captured by the imaging unit by the measurement unit, and generates a plurality of the linear protrusions obtained from each profile curve. Are measured, and an edge position obtained by averaging a plurality of measured edge positions is obtained.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態とし
て、本発明を適用した半導体ウェハの線幅測定装置につ
いて、図面を参照しながら説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0021】本発明の実施の形態の線幅測定装置は、波
長266nmの紫外光レーザを用いた顕微鏡装置によっ
て半導体ウェハを撮像し、撮像した画像から半導体ウェ
ハのウェハパターンの回路線幅を測定する装置である。
この線幅測定装置は、半導体ウェハの表面上に半導体露
光装置により形成されたレジストパターンの線幅の状態
を測定する装置である。線幅測定装置が、このように半
導体ウェハのエッチングを行って直接デバイスの凹凸を
検査するのではなく、エッチング前のレジストパターン
を検査するのは、例えば、ウェハパターの回路線幅の不
良が発生しても、エッチング膜を除去することで再度そ
の半導体ウェハを使用することができるためである。
A line width measuring apparatus according to an embodiment of the present invention captures an image of a semiconductor wafer with a microscope apparatus using an ultraviolet laser having a wavelength of 266 nm, and measures a circuit line width of a wafer pattern of the semiconductor wafer from the captured image. Device.
This line width measuring apparatus is an apparatus for measuring a line width state of a resist pattern formed on a surface of a semiconductor wafer by a semiconductor exposure apparatus. The line width measuring apparatus does not directly inspect the unevenness of the device by etching the semiconductor wafer in this way, but inspects the resist pattern before etching.For example, a defect of the circuit line width of the wafer pattern occurs. This is because the semiconductor wafer can be used again by removing the etching film.

【0022】また、検査対象となる半導体ウェハは、例
えば、線幅が0.15μmのCMOS半導体ウェハであ
る。
The semiconductor wafer to be inspected is, for example, a CMOS semiconductor wafer having a line width of 0.15 μm.

【0023】図1に本発明の実施の形態の線幅測定装置
の構成図を示す。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a line width measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【0024】図1に示す線幅測定装置1は、可動ステー
ジ2と、紫外線レーザ光源3と、高感度低雑音カメラ4
と、光ファイバプローブ5と、ビームスプリッタ6と、
対物レンズ7と、音響光学素子8と、コンピュータ9と
を備えて構成される。このような線幅測定装置1は、レ
ジストパターンが表面に形成された半導体ウェハ10の
線幅を測定する。
A line width measuring apparatus 1 shown in FIG. 1 comprises a movable stage 2, an ultraviolet laser light source 3, a high-sensitivity low-noise camera 4,
, An optical fiber probe 5, a beam splitter 6,
It comprises an objective lens 7, an acousto-optic device 8, and a computer 9. Such a line width measuring apparatus 1 measures the line width of a semiconductor wafer 10 having a resist pattern formed on its surface.

【0025】可動ステージ2は、被検査物となる半導体
ウェハ10を支持するためのステージである。この可動
ステージ2は、被検査物となる半導体ウェハ10を支持
するとともに、この半導体ウェハ10を所定の検査対象
位置へと移動させる機能も備えている。
The movable stage 2 is a stage for supporting a semiconductor wafer 10 to be inspected. The movable stage 2 has a function of supporting the semiconductor wafer 10 to be inspected and a function of moving the semiconductor wafer 10 to a predetermined inspection target position.

【0026】具体的には、可動ステージ2は、Xステー
ジ、Yステージ、θステージ、Zステージ、吸着プレー
ト等とを備えて構成される。
Specifically, the movable stage 2 includes an X stage, a Y stage, a θ stage, a Z stage, a suction plate, and the like.

【0027】Xステージ及びYステージは、水平方向に
移動するステージであり、XステージとYステージと
で、被検査物となる半導体ウェハ10を互いに直交する
方向に移動させ、検査対象のデバイスパターンを所定の
検査位置へと導くようにしている。θステージは、いわ
ゆる回転ステージであり、半導体ウェハを回転させるた
めのものである。半導体ウェハの検査時には、θステー
ジにより、例えば、半導体ウェハ上のデバイスパターン
が高感度低雑音カメラ4に対して所定の角度となるよう
に、半導体ウェハを回転させる。Zステージは、鉛直方
向に移動するステージであり、ステージの高さを調整す
るためのものである。吸着プレートは、検査対象の半導
体ウェハを吸着して固定するためのものである。
The X stage and the Y stage move in the horizontal direction. The X stage and the Y stage move the semiconductor wafer 10 to be inspected in directions orthogonal to each other, and change the device pattern to be inspected. It leads to a predetermined inspection position. The θ stage is a so-called rotary stage for rotating a semiconductor wafer. At the time of inspection of the semiconductor wafer, the semiconductor wafer is rotated by, for example, the θ stage such that the device pattern on the semiconductor wafer is at a predetermined angle with respect to the high-sensitivity low-noise camera 4. The Z stage is a stage that moves in the vertical direction, and adjusts the height of the stage. The suction plate is for sucking and fixing the semiconductor wafer to be inspected.

【0028】紫外線レーザ光源3は、波長266nmの
紫外光レーザ光源であり、例えば、Nd:YAG4倍波
全固体レーザが用いられる。なお、この紫外線レーザ光
源としては、例えば、さらに短波長の193nmのレー
ザ光や、紫外線ランプなどを代わりに光源としてもちい
てもよい。
The ultraviolet laser light source 3 is an ultraviolet laser light source having a wavelength of 266 nm. For example, an Nd: YAG fourth harmonic all-solid-state laser is used. As the ultraviolet laser light source, for example, a laser beam of 193 nm having a shorter wavelength or an ultraviolet lamp may be used as a light source instead.

【0029】高感度低雑音カメラ4は、紫外光に対して
高感度化されたカメラであり、内部に撮像素子としてC
CDイメージセンサを備え、このCCDイメージセンサ
により半導体ウェハ10の表面を撮像する。この高感度
低雑音カメラ4は、本体を冷却することにより、CCD
イメージセンサ等で発生する熱雑音、読み出し雑音、回
路雑音等を抑圧している。
The high-sensitivity low-noise camera 4 is a camera with high sensitivity to ultraviolet light.
A CD image sensor is provided, and the surface of the semiconductor wafer 10 is imaged by the CCD image sensor. This high-sensitivity low-noise camera 4 cools the main body,
It suppresses thermal noise, readout noise, circuit noise, etc. generated in image sensors and the like.

【0030】光ファイバープローブ5は、紫外線レーザ
光の導波路であり、紫外線レーザ光源3から出射された
紫外光レーザを、ビームスプリッタ6に導いている。
The optical fiber probe 5 is a waveguide for ultraviolet laser light, and guides the ultraviolet laser emitted from the ultraviolet laser light source 3 to the beam splitter 6.

【0031】ビームスプリッタ6は、紫外線レーザ光源
3からの紫外線レーザ光を反射して、対物レンズ6を介
して可動ステージ2上の半導体ウェハ10に照射し、そ
れとともに、半導体ウェハ10から反射された反射光を
透過して、高感度低雑音カメラ3に照射する。すなわ
ち、ビームスプリッタ6は、紫外線レーザ光源3等の出
射光の光学系の光路と、高感度低雑音カメラ4への反射
光の光学系の光路とを分離するためのレーザ光分離器で
ある。
The beam splitter 6 reflects the ultraviolet laser light from the ultraviolet laser light source 3 and irradiates the semiconductor wafer 10 on the movable stage 2 via the objective lens 6 and, at the same time, is reflected from the semiconductor wafer 10. The reflected light is transmitted to irradiate the high-sensitivity low-noise camera 3. That is, the beam splitter 6 is a laser beam separator for separating the optical path of the optical system of the emitted light of the ultraviolet laser light source 3 and the like from the optical path of the optical system of the reflected light to the high-sensitivity low-noise camera 4.

【0032】対物レンズ7は、半導体ウェハ10からの
反射光を拡大して検出するための光学素子である。この
対物レンズ7は、例えば、NAが0.9で、波長266
nmで収差補正がされたものである。この対物レンズ7
は、ビームスプリッタ6と可動ステージ2との間に配置
される。
The objective lens 7 is an optical element for expanding and detecting the reflected light from the semiconductor wafer 10. The objective lens 7 has, for example, an NA of 0.9 and a wavelength of 266.
The aberration is corrected in nm. This objective lens 7
Is disposed between the beam splitter 6 and the movable stage 2.

【0033】音響光学素子8は、紫外線レーザ光源3か
ら出射される紫外光レーザの光量制御をする。
The acousto-optic device 8 controls the amount of ultraviolet laser light emitted from the ultraviolet laser light source 3.

【0034】コンピュータ9は、紫外線レーザ光源3の
レーザ光の点灯の制御、音響光学素子8の制御、可動ス
テージ2の移動位置の制御等を行う。また、コンピュー
タ9は、高感度低雑音カメラ4に備えられるCCDイメ
ージセンサにより撮像した半導体ウェハ10の画像を取
り込み、その画像を解析し、線幅の測定を行う。
The computer 9 controls the lighting of the laser beam from the ultraviolet laser light source 3, controls the acousto-optic device 8, controls the moving position of the movable stage 2, and the like. Further, the computer 9 captures an image of the semiconductor wafer 10 captured by the CCD image sensor provided in the high-sensitivity low-noise camera 4, analyzes the image, and measures the line width.

【0035】以上のような構成の線幅測定装置1では、
紫外線レーザ光源3から出射された紫外光レーザが、光
ファイバープローブ5、ビームスプリッタ6、対物レン
ズ7を介して、半導体ウェハ10に照射される。半導体
ウェハ10に照射された紫外光レーザ光は、この半導体
ウェハ10の表面で反射される。その反射光は、対物レ
ンズ7、ビームスプリッタ6を介して、高感度低雑音カ
メラ4に入射する。そして、高感度低雑音カメラ4は、
その入射した反射光をCCDイメージセンサにより撮像
し、撮像して得られた表面画像情報をコンピュータ9に
供給する。
In the line width measuring apparatus 1 having the above configuration,
The semiconductor wafer 10 is irradiated with an ultraviolet laser emitted from the ultraviolet laser light source 3 via the optical fiber probe 5, the beam splitter 6, and the objective lens 7. The ultraviolet laser light applied to the semiconductor wafer 10 is reflected on the surface of the semiconductor wafer 10. The reflected light enters the high-sensitivity low-noise camera 4 via the objective lens 7 and the beam splitter 6. And the high sensitivity low noise camera 4
The incident reflected light is imaged by a CCD image sensor, and surface image information obtained by the imaging is supplied to the computer 9.

【0036】ここで、この線幅測定装置1では、半導体
ウェハ10上におけるCCDイメージセンサの1ピクセ
ルの大きさが例えば24nmとなるように、対物レンズ
7等を含む画像取り込みのための光学系により調整され
ている。言い換えれば、24nm四方の領域が1つの画
素としてサンプリングされて、半導体ウェハ10の表面
が撮像がされる。そのため、例えば、CCDイメージセ
ンサのピクセル数が1000×1000であれば、撮像
可能な視野の大きさが24μm×24μmとなる。
Here, in the line width measuring apparatus 1, an image capturing optical system including the objective lens 7 and the like is used so that the size of one pixel of the CCD image sensor on the semiconductor wafer 10 is, for example, 24 nm. Has been adjusted. In other words, a region of 24 nm square is sampled as one pixel, and the surface of the semiconductor wafer 10 is imaged. Therefore, for example, if the number of pixels of the CCD image sensor is 1000 × 1000, the size of the viewable field of view is 24 μm × 24 μm.

【0037】また、図2に示すように、半導体ウェハ1
0の測定対象となる回路線(レジストが形成されて凸状
とされており、半導体ウェハ10上部から見た形状は線
状となっている。)の幅方向(図中線分Xで表される方
向)と、半導体ウェハ10上におけるCCDイメージセ
ンサのピクセル列との間に、所定の角度(θ)の傾きが
生じるように、半導体ウェハ10の方向が可動ステージ
2により調整される。すなわち、CCDイメージセンサ
の各ピクセルの撮像ポイントを回路線を横断する方向に
直線で結んだ線と、線幅測定の対象となる回路線の幅方
向との角度が、一定の角度とされる。なお、CCDイメ
ージセンサは、2次元の格子状に複数のピクセルが形成
されているため、ピクセル列といった場合には直交する
2つの列が表せるが、ピクセル列といった場合には、測
定対象となる回路線を幅方向に横断するピクセル列を指
すものとする。
Further, as shown in FIG.
A circuit line to be measured as 0 (a resist is formed to have a convex shape, and the shape as viewed from above the semiconductor wafer 10 is linear) is represented by a line segment X in the drawing. The direction of the semiconductor wafer 10 is adjusted by the movable stage 2 such that an inclination of a predetermined angle (θ) occurs between the pixel row of the CCD image sensor on the semiconductor wafer 10 and the pixel row of the CCD image sensor. That is, the angle between the line connecting the imaging points of each pixel of the CCD image sensor with a straight line in the direction crossing the circuit line and the width direction of the circuit line whose line width is to be measured is set to a constant angle. Note that since a CCD image sensor has a plurality of pixels formed in a two-dimensional lattice, two orthogonal rows can be represented in the case of a pixel row. It refers to a pixel row that crosses the route in the width direction.

【0038】そして、線幅測定装置1では、コンピュー
タ9が可動ステージ2を制御して半導体ウェハ10とC
CDイメージセンサとの位置関係を以上のように傾けた
状態に調整し、この傾けた状態で撮像された半導体ウェ
ハ10の表面画像に基づき、回路線幅の測定を行う。
Then, in the line width measuring apparatus 1, the computer 9 controls the movable stage 2 to
The positional relationship with the CD image sensor is adjusted to the tilted state as described above, and the circuit line width is measured based on the surface image of the semiconductor wafer 10 captured in the tilted state.

【0039】つぎに、撮像した半導体ウェハ10の表面
画像から回路線幅を測定する手法について説明する。
Next, a method for measuring the circuit line width from the imaged surface image of the semiconductor wafer 10 will be described.

【0040】まず、図3に、高感度低雑音カメラ4によ
り撮像された半導体ウェハ10の表面画像の一例を示
す。
First, FIG. 3 shows an example of a surface image of the semiconductor wafer 10 taken by the high-sensitivity low-noise camera 4.

【0041】まず、この表面画像には、帯状の回路線が
映し出されているが、この回路線の幅方向(図中X方
向)は、CCDイメージセンサのピクセル列(図中Y方
向)に対して所定の角度(θ)をもって傾けて撮像され
ている。
First, a band-like circuit line is projected on the surface image, and the width direction of the circuit line (X direction in the figure) is in relation to the pixel row (Y direction in the figure) of the CCD image sensor. The image is tilted at a predetermined angle (θ).

【0042】続いて、この表面画像に対して、回路線を
横断する方向(図中Y方向)のピクセル列のデータを取
り込み、この方向の光学プロファイルを求める。このプ
ロファイルは、CCDイメージセンサのピクセル単位で
サンプリングされたデータなので、ピクセルの間隔(2
4nm間隔)で光学強度が表された離散的な値である。
そして、この光学プロファイルを、n個のピクセル列に
対して求める。例えば、図3に示す、ピクセル列番号Y
1〜Ynまでのピクセル列に対して、光学プロファイルを
求める。
Subsequently, with respect to this surface image, data of a pixel row in a direction crossing the circuit line (Y direction in the figure) is taken in, and an optical profile in this direction is obtained. Since this profile is data sampled in pixel units of the CCD image sensor, the pixel interval (2
It is a discrete value representing the optical intensity at 4 nm intervals).
Then, this optical profile is obtained for the n pixel rows. For example, pixel column number Y shown in FIG.
For the pixel columns of up to 1 to Y n, determine the optical profile.

【0043】求められた光学プロファイルの一例を図4
に示す。この図4に示すように、この光学プロファイル
は、光の干渉の影響によって、回路線の凸部分のエッジ
位置に対応して、2つのオーバーシュートが現れてい
る。このオーバーシュートが現れる位置は、理論上、線
状の凸部のエッジ部分とは異なるものである。しかしな
がら、そのオーバシュートのピーク部分は、線状の凸部
の形状に対して再現性を有しているため、プロファイル
から得られるオーバーシュートのピーク部分間の距離
を、線状の凸部の線幅として相対的に定義することが可
能である。以下、このオーバーシュートのピーク部分
を、回路線のエッジ部分とみなす。なお、回路線の線幅
を絶対的な距離として求めるには、例えば、SEM等の
高精度な測定装置による測定結果との相関関係を求める
ことにより、真値に換算すればよい。
FIG. 4 shows an example of the obtained optical profile.
Shown in As shown in FIG. 4, the optical profile has two overshoots corresponding to the edge positions of the convex portions of the circuit lines due to the influence of light interference. The position where the overshoot appears is theoretically different from the edge portion of the linear convex portion. However, since the peak portion of the overshoot has reproducibility with respect to the shape of the linear convex portion, the distance between the peak portions of the overshoot obtained from the profile is changed by the line of the linear convex portion. It can be defined relatively as width. Hereinafter, the peak portion of this overshoot is regarded as the edge portion of the circuit line. In order to determine the line width of a circuit line as an absolute distance, for example, a correlation with a measurement result by a high-precision measuring device such as an SEM may be obtained and converted into a true value.

【0044】続いて、この光学プロファイルに現れたオ
ーバーシュート部分を、例えば2次関数や3次関数等に
より、片側ずつフィッティングを行い、フィッティング
曲線を求める。そして、求めたフィッティング曲線か
ら、この曲線のピーク値を求め、このピーク値の位置を
特定する。このピーク値の位置は、ピクセル間隔以下の
単位精度まで求める。このピーク値の位置が、この光学
プロファイルから求められた回路線のエッジ位置とな
る。
Subsequently, the overshoot portion appearing in the optical profile is fitted one by one using, for example, a quadratic function or a cubic function to obtain a fitting curve. Then, a peak value of this curve is obtained from the obtained fitting curve, and the position of this peak value is specified. The position of this peak value is determined to a unit accuracy equal to or less than the pixel interval. The position of this peak value is the edge position of the circuit line obtained from this optical profile.

【0045】続いて、以上のオーバーシュート部分のフ
ィッティング曲線の生成してエッジ位置を特定する処理
を、先に求めた複数の光学プロファイル全てに対して行
う。このことにより、1つの回路線に対して複数のエッ
ジ位置が特定される。
Subsequently, the process of generating the fitting curve of the overshoot portion and specifying the edge position is performed on all of the plurality of optical profiles previously obtained. Thus, a plurality of edge positions are specified for one circuit line.

【0046】続いて、複数の光学プロファイルから特定
された複数のエッジ位置を、平均化する。そして、平均
化して得られた平均エッジ位置を、測定対象となる回路
線の最終的なエッジ位置として特定する。
Subsequently, a plurality of edge positions specified from a plurality of optical profiles are averaged. Then, the average edge position obtained by the averaging is specified as the final edge position of the circuit line to be measured.

【0047】続いて、これらの平均化したエッジ位置
を、光学プロファイルに現れる2つのオーバシュートに
対して求め、これら2つのエッジ位置の間隔を求める。
そして、このエッジ位置の間隔に、cos(θ)を乗じ
て補正した値が測定対象となるウェハパターンの回路線
幅となる。
Subsequently, these averaged edge positions are obtained for two overshoots appearing in the optical profile, and the interval between these two edge positions is obtained.
The value obtained by multiplying the interval between the edge positions by cos (θ) becomes the circuit line width of the wafer pattern to be measured.

【0048】以上のような処理を行うことによって線幅
測定装置1では、測定対象となる1つの回路線に対し
て、この回路線の幅方向に横断する複数の光学プロファ
イルを生成する。CCDイメージセンサのピクセル列と
測定対象の回路線の幅方向との位置関係が所定の角度
(θ)で傾けられているので、生成された各光学プロフ
ァイルは、回路線のエッジ位置に対してのサンプリング
位置が、それぞれ微小に変動している。なお、この変動
量は、ピクセル間隔以下とされる必要がある。すなわ
ち、本例では、ピクセルの間隔が24nmであるので、
この24nmより少ない量で変動する必要がある。
By performing the above-described processing, the line width measuring apparatus 1 generates a plurality of optical profiles crossing in the width direction of one circuit line to be measured. Since the positional relationship between the pixel row of the CCD image sensor and the width direction of the circuit line to be measured is inclined at a predetermined angle (θ), each generated optical profile is shifted with respect to the edge position of the circuit line. The sampling positions slightly fluctuate. It should be noted that the amount of this variation must be smaller than the pixel interval. That is, in this example, since the pixel interval is 24 nm,
It is necessary to vary by less than this 24 nm.

【0049】そして、線幅測定装置1では、ピクセルの
間隔以下でサンプリング位置が変動している複数のプロ
ファイルからフィッティング曲線を求め、複数のエッジ
位置を特定する。そして、これらの複数のエッジ位置を
平均化し、最終的なエッジ位置を求める。
The line width measuring apparatus 1 determines a fitting curve from a plurality of profiles whose sampling positions fluctuate below the pixel interval, and specifies a plurality of edge positions. Then, the plurality of edge positions are averaged to obtain a final edge position.

【0050】このことにより、線幅測定装置1では、ピ
クセル間隔以下の詳細な精度で、回路線のエッジ位置を
特定することができるとともに、離散的な画像データの
影響により生じる量子化誤差を抑え、再現性を高めてエ
ッジ位置を特定することができる。
As a result, in the line width measuring apparatus 1, the edge position of the circuit line can be specified with a detailed accuracy smaller than the pixel interval, and the quantization error caused by the influence of the discrete image data can be suppressed. The edge position can be specified with high reproducibility.

【0051】なお、回路線とピクセル列との傾け角
(θ)は、平均化を行う複数のピクセル列の間で、サン
プリング位置がピクセル間隔以下で変動をするように設
定する必要がある。したがって、この傾け角(θ)は、
以下のように規定する。
The inclination angle (θ) between the circuit line and the pixel row needs to be set so that the sampling position fluctuates within a pixel interval between a plurality of pixel rows to be averaged. Therefore, this tilt angle (θ) is
It is defined as follows.

【0052】平均化するピクセル列の数をn、CCDイ
メージセンサのピクセルのサイズをδ1×δ2としたと
き、傾け角(θ)をtan-1(δ1×δ2)[rad]の
整数倍とする。
When the number of pixel rows to be averaged is n and the pixel size of the CCD image sensor is δ 1 × δ 2 , the inclination angle (θ) is tan −11 × δ 2 ) [rad]. Integer multiples.

【0053】また、このCCDイメージセンサと半導体
ウェハ10との相対的な位置が、以上のような傾け角
(θ)の関係を有すればいいので、可動ステージ2によ
り半導体ウェハ10を回転移動させて調整しても良い
し、高感度低雑音カメラ4を回転させて調整しても良
い。
Further, since the relative position between the CCD image sensor and the semiconductor wafer 10 may have the above-described relationship of the inclination angle (θ), the semiconductor wafer 10 is rotationally moved by the movable stage 2. The adjustment may be performed by rotating the high-sensitivity low-noise camera 4.

【0054】つぎに、以上の手法により測定したときに
おける傾け角(θ)に対するエッジ位置の再現性の結果
を示す。
Next, the results of the reproducibility of the edge position with respect to the tilt angle (θ) as measured by the above method will be described.

【0055】まず、平均化するピクセル列の数(n)を
80列としたときにおける、傾け角(θ)に対するエッ
ジ位置の再現性(pixel)を表したグラフを図5に示
す。この図5に示すように、80列を平均する場合、エ
ッジ位置の再現性は、0度から5度まで傾け角(θ)を
変化させていくと、角度が大きくなるにつれ良くなり、
それとともに、一定の周期毎に変動があることがわか
る。この図5に示すグラフから、ピクセル間隔が24n
mで、測定対象の回路線幅が0.15nmの場合には、
2〜3度程度の傾き角(θ)で、充分な再現性を得られ
ることがわかる。
First, FIG. 5 is a graph showing the reproducibility (pixel) of the edge position with respect to the inclination angle (θ) when the number (n) of pixel rows to be averaged is set to 80. As shown in FIG. 5, when averaging 80 columns, the reproducibility of the edge position improves as the angle increases as the inclination angle (θ) changes from 0 degree to 5 degrees.
At the same time, it can be seen that there is a change every fixed period. From the graph shown in FIG. 5, the pixel interval is 24n.
m, and the circuit line width to be measured is 0.15 nm,
It can be seen that a sufficient reproducibility can be obtained with a tilt angle (θ) of about 2 to 3 degrees.

【0056】また、平均化するピクセル列の数(n)を
10列としたときにおける、傾け角(θ)に対するエッ
ジ位置の再現性(pixel)を表したグラフを図6に示
す。この図6に示すように、10列を平均する場合、エ
ッジ位置の再現性は、0度から15度まで傾け角(θ)
を変化させていくと、角度が大きくなるにつれ良くな
り、それとともに、一定の周期毎に変動があることがわ
かる。この図5に示すグラフから、ピクセル間隔が24
nmで、測定対象の回路線幅が0.15nmの場合に
は、2〜3度程度の傾き角(θ)で、充分な再現性を得
られることがわかる。このように、平均化するピクセル
列の数が少なくなると、傾け角(θ)を大きくする必要
がある。
FIG. 6 is a graph showing the reproducibility (pixel) of the edge position with respect to the tilt angle (θ) when the number (n) of pixel rows to be averaged is set to 10. As shown in FIG. 6, when 10 columns are averaged, the reproducibility of the edge position is determined by the inclination angle (θ) from 0 to 15 degrees.
It can be seen that when the angle is changed, it becomes better as the angle becomes larger, and at the same time, there is a fluctuation at a constant period. From the graph shown in FIG.
It can be seen that in the case where the circuit line width to be measured is 0.15 nm in nm, sufficient reproducibility can be obtained with an inclination angle (θ) of about 2 to 3 degrees. As described above, when the number of pixel rows to be averaged decreases, it is necessary to increase the tilt angle (θ).

【0057】また、平均化するピクセル列の数(n)を
10列としたときにおける、傾け角(θ)に対するエッ
ジ位置の再現性(pixel)を表したグラフを図7に示
す。この図7に示すグラフは、図6に示すグラフと比較
して傾け角(θ)をより大きくとった場合のグラフであ
る。この図7に示すように、10列を平均する場合であ
っても、傾け角(θ)を大きくしすぎると、周期的に非
常に大きな量子化ノイズが発生する。この原因は、平均
化するピクセル列に直交する方向の量子化ノイズと考え
られる。このことから、あまり大きな傾け角(θ)とし
ても再現性が悪化する可能性が生じるので、傾け角
(θ)は、あまり大きくしないようにする方が好適であ
る。
FIG. 7 is a graph showing the reproducibility (pixel) of the edge position with respect to the tilt angle (θ) when the number (n) of pixel rows to be averaged is set to 10. The graph shown in FIG. 7 is a graph in a case where the inclination angle (θ) is set larger than the graph shown in FIG. As shown in FIG. 7, even when averaging 10 columns, if the inclination angle (θ) is too large, very large quantization noise is periodically generated. The cause is considered to be quantization noise in a direction orthogonal to the pixel row to be averaged. For this reason, even if the inclination angle (θ) is too large, the reproducibility may deteriorate. Therefore, it is preferable not to make the inclination angle (θ) too large.

【0058】以上、本発明の実施の形態を説明するにあ
たり、測定対象となる1つの回路線に対してこの回路線
の幅方向に横断する複数の光学プロファイルを生成する
手法として、ピクセル列に対して測定対象となる回路線
を所定の角度で傾ける例をとり説明した。しかしなが
ら、測定対象となる1つの回路線に対してこの回路線の
幅方向に横断する複数の光学プロファイルを生成する手
法としては、このようなものに限られない。すなわち、
回路線のエッジ位置に対してのサンプリング位置がそれ
ぞれ微小(サブピクセル単位)に変動する光学プロファ
イルを、複数個検出できるように、半導体ウェハを撮像
できればよい。このような手法としては、他に例えば、
半導体ウェハ10を支持している可動ステージ2を、測
定対象の回路線の長手方向に微小(サブピクセル間隔)
で移動させ、各移動位置において半導体ウェハ10を撮
像して、複数の光学プロファイルを生成してもよい。ま
た、勿論、高感度低雑音カメラ4を同様に移動させても
よい。
As described above, in describing the embodiment of the present invention, as a method of generating a plurality of optical profiles crossing in the width direction of one circuit line to be measured with respect to a pixel row, Thus, an example in which a circuit line to be measured is inclined at a predetermined angle has been described. However, a method for generating a plurality of optical profiles that cross a circuit line to be measured in the width direction of the circuit line is not limited to such a method. That is,
It is sufficient that the semiconductor wafer can be imaged so that a plurality of optical profiles whose sampling positions with respect to the edge positions of the circuit lines fluctuate minutely (in subpixel units) can be detected. Other such techniques include, for example,
The movable stage 2 supporting the semiconductor wafer 10 is minutely (subpixel interval) in the longitudinal direction of the circuit line to be measured.
And a plurality of optical profiles may be generated by imaging the semiconductor wafer 10 at each moving position. Further, needless to say, the high-sensitivity low-noise camera 4 may be similarly moved.

【0059】また、以上、本発明の実施の形態を説明す
るにあたり、レジストパターンの線幅を測定する線幅測
定装置を一例にとったが、、本発明は、このようにレジ
スト膜の線幅を測定するものに限定されない。例えば、
エッチングを行ったのちの半導体ウェハの線幅を直接測
定してもよく、また、その他LCD等に用いられるTF
T等のウェハパターンの回路線幅等を測定してもよい。
In the above description of the embodiment of the present invention, a line width measuring device for measuring the line width of a resist pattern is taken as an example. It is not limited to the one that measures. For example,
The line width of the semiconductor wafer after the etching may be directly measured.
The circuit line width of the wafer pattern such as T may be measured.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明にかかる検査装置では、凹凸パタ
ーンが表面上に形成されたデバイスの凸部のエッジ位置
を、高精度に再現性よく測定することができる。
According to the inspection apparatus of the present invention, it is possible to measure the edge position of the convex portion of the device having the uneven pattern formed on the surface with high accuracy and high reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態の線幅測定装置の構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram of a line width measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】線幅の測定対象となる回路線と、CCDイメー
ジセンサのピクセル列との位置関係を説明するための図
である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a positional relationship between a circuit line whose line width is to be measured and a pixel row of a CCD image sensor.

【図3】半導体ウェハの表面画像と、ピクセル列との位
置関係を説明するための図である。
FIG. 3 is a diagram for explaining a positional relationship between a surface image of a semiconductor wafer and a pixel row.

【図4】線幅の測定対象となる回路線の光学プロファイ
ルを説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an optical profile of a circuit line whose line width is to be measured.

【図5】平均化するピクセル列の数(n)を80列とし
たときにおける、傾け角(θ)に対するエッジ位置の再
現性を表したグラフを示す図である。
FIG. 5 is a graph showing a reproducibility of an edge position with respect to a tilt angle (θ) when the number (n) of pixel rows to be averaged is set to 80;

【図6】平均化するピクセル列の数(n)を10列とし
たときにおける、傾け角(θ)に対するエッジ位置の再
現性を表したグラフを示す図である。
FIG. 6 is a graph showing the reproducibility of an edge position with respect to a tilt angle (θ) when the number (n) of pixel rows to be averaged is set to 10;

【図7】傾け角(θ)より大きくしたときのエッジ位置
の再現性を表したグラフを示す図である。
FIG. 7 is a graph showing the reproducibility of the edge position when the inclination angle is larger than the inclination angle (θ).

【図8】観察された画像の線状の凸部を幅方向に切断し
て得られる光学プロファイルを説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an optical profile obtained by cutting a linear convex portion of an observed image in a width direction.

【図9】ゲート線幅が150nmとされたCMOSデバ
イスを観察したときの、観察画像を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an observed image when a CMOS device having a gate line width of 150 nm is observed.

【図10】光学プロファイルのオーバシュート部分をフ
ィッティングしたフィッティング曲線を説明する図であ
る。
FIG. 10 is a diagram illustrating a fitting curve obtained by fitting an overshoot portion of an optical profile.

【図11】(x,y)=(0,0)座標において極小ピ
ーク値が存在する4次関数と、この4次関数をフィッテ
ィングするための3次関数の曲線を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a quartic function having a minimum peak value at (x, y) = (0, 0) coordinates and a curve of a cubic function for fitting the quaternary function.

【図12】4次関数をフィッティングする際におけるサ
ンプリング位置を0.2ピクセル単位でずらしたときに
得られる各3次関数を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating each cubic function obtained when a sampling position in fitting a quartic function is shifted in units of 0.2 pixels.

【図13】上記4次関数を3次関数でフィッティングし
たときの極小ピーク値の位置の再現性を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing the reproducibility of the position of the minimum peak value when the quartic function is fitted with a cubic function.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 線幅測定装置、2 可動ステージ、3 紫外線レー
ザ光源、4 高感度低雑音カメラ、5 光ファイバープ
ローブ、6 ビームスプリッタ、7 対物レンズ、8
音響光学素子、9 コンピュータ、10 半導体ウェハ
1 line width measuring device, 2 movable stage, 3 ultraviolet laser light source, 4 high sensitivity low noise camera, 5 optical fiber probe, 6 beam splitter, 7 objective lens, 8
Acousto-optic device, 9 Computer, 10 Semiconductor wafer

フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA12 AA22 AA51 BB02 BB05 BB18 CC19 EE00 EE08 FF42 GG04 GG22 JJ03 JJ26 LL02 LL04 LL46 LL57 NN01 NN02 NN20 PP05 PP11 PP12 PP13 QQ00 QQ03 QQ17 QQ29 QQ42 2G051 AA51 AB20 BA05 BA10 BB17 BB20 BC01 CA03 CA04 DA08 EA30 EC02 EC03 4M106 AA01 AA02 AB09 BA07 CA39 DB04 DB08 DB18 DB19 Continued on the front page F-term (reference) 2F065 AA12 AA22 AA51 BB02 BB05 BB18 CC19 EE00 EE08 FF42 GG04 GG22 JJ03 JJ26 LL02 LL04 LL46 LL57 NN01 NN02 NN20 PP05 PP11 PP12 PP13 QQ00 QQ03 BAQ01 Q05 AQ01 Q03 A DA08 EA30 EC02 EC03 4M106 AA01 AA02 AB09 BA07 CA39 DB04 DB08 DB18 DB19

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 線状の凸部を有する凹凸パターンが表面
上に形成されたデバイスを検査する検査装置において、 上記デバイスを支持する支持手段と、 2次元配列されたピクセルを有する撮像素子により上記
デバイスの表面を撮像する撮像手段と、 上記線状の凸部の幅方向を横断する上記撮像素子のピク
セル列から得られる画像データに基づき、上記線状の凸
部の幅方向に対する上記凹凸パターンの2次元のプロフ
ァイル曲線を生成し、上記線状の凸部のエッジ位置を測
定する測定手段とを備え、 上記撮像手段は、測定対象となる線状の凸部と上記撮像
素子のピクセルとの相対位置を、上記線状の凸部の幅方
向にピクセル間隔以下で位置ずれさせて、上記デバイス
の表面を撮像し、 上記測定手段は、幅方向にピクセル間隔以下で位置ずれ
させた各位置において測定対象となる上記線状の凸部の
幅方向の複数のエッジ位置を測定し、測定した複数のエ
ッジ位置を平均化したエッジ位置を求めることを特徴と
する検査装置。
1. An inspection apparatus for inspecting a device having an uneven pattern having a linear convex portion formed on a surface thereof, comprising: a support means for supporting the device; and an image sensor having pixels arranged two-dimensionally. Imaging means for imaging the surface of the device, based on image data obtained from a pixel array of the image sensor traversing the width direction of the linear protrusion, based on image data obtained from the pixel row of the linear protrusion, Measuring means for generating a two-dimensional profile curve and measuring an edge position of the linear convex portion, wherein the image-capturing means sets a relative position between the linear convex portion to be measured and the pixel of the image sensor. The position is shifted in the width direction of the linear protrusion at a pixel interval or less, and an image of the surface of the device is taken.The measurement unit shifts the position in the width direction at a pixel interval or less. A plurality of edge position in the width direction of the linear convex portion to be measured at each position is measured, the inspection device characterized by obtaining the averaged edge positions a plurality of edge positions measured.
【請求項2】 上記撮像手段は、上記撮像素子のマトリ
クス状に2次元配列されたピクセル列の一方向が、上記
線状の凸部の幅方向に対して所定の角度となるように上
記支持手段に支持された上記デバイスに対して傾けて配
置され、 上記測定手段は、上記線状の凸部の幅方向を横断する上
記撮像素子の複数のピクセル列から得られる複数の画像
データに基づき、複数の上記プロファイル曲線を生成
し、各プロファイル曲線から求めた上記線状の凸部の複
数のエッジ位置を測定し、測定した複数のエッジ位置を
平均化したエッジ位置を求めることを特徴とする請求項
1記載の検査装置。
2. The imaging device according to claim 1, wherein the direction of one of the pixel rows two-dimensionally arranged in a matrix of the imaging element is at a predetermined angle with respect to a width direction of the linear protrusion. The measuring means is disposed at an angle with respect to the device supported by the means, and the measuring means is based on a plurality of image data obtained from a plurality of pixel rows of the image sensor that traverses the width direction of the linear convex portion. Generating a plurality of the profile curves, measuring a plurality of edge positions of the linear protrusion determined from each profile curve, and determining an edge position obtained by averaging the measured plurality of edge positions. Item 2. The inspection device according to Item 1.
【請求項3】 上記撮像素子は、δ1×δ2のピクセルサ
イズを有し、 上記測定手段は、n列のピクセル列から得られる複数の
画像データに基づき、n個のプロファイル曲線を生成
し、 上記撮像手段は、上記撮像素子の上記線状の凸部の幅方
向を横断するピクセル列と上記線状の凸部の幅方向との
なす角がtan-1(δ1/nδ2)以上となるように傾け
て配置されることを特徴とする請求項2記載の検査装
置。
3. The image sensor has a pixel size of δ 1 × δ 2 , and the measuring means generates n profile curves based on a plurality of image data obtained from n pixel rows. The imaging means may be configured such that an angle between a pixel row crossing the width direction of the linear protrusion of the image sensor and the width direction of the linear protrusion is tan −11 / nδ 2 ) or more. 3. The inspection apparatus according to claim 2, wherein the inspection apparatus is arranged to be inclined so that
【請求項4】 上記支持手段は、上記線状の凸部の幅方
向にピクセル間隔以下で上記デバイスを移動させ、 上記撮像手段は、ピクセル間隔以下で移動させて各位置
で上記デバイスの表面を撮像し、 上記測定手段は、上記撮像手段が撮像した各位置での画
像データに基づき、複数の上記プロファイル曲線を生成
し、各プロファイル曲線から求めた上記線状の凸部の複
数のエッジ位置を測定し、測定した複数のエッジ位置を
平均化したエッジ位置を求めることを特徴とする請求項
1記載の検査装置。
4. The support means moves the device at a pixel interval or less in the width direction of the linear projection, and the imaging means moves the device at a pixel interval or less to move the surface of the device at each position. Imaging, the measurement means generates a plurality of the profile curves based on the image data at each position imaged by the imaging means, and calculates a plurality of edge positions of the linear convex portion obtained from each profile curve. 2. The inspection apparatus according to claim 1, wherein an edge position obtained by measuring and averaging a plurality of measured edge positions is obtained.
【請求項5】 上記測定手段は、上記線状の凸部の幅方
向の両端のエッジ位置に基づき、上記線状の凸部の幅を
測定することを特徴とする請求項1記載の検査装置。
5. The inspection apparatus according to claim 1, wherein the measuring means measures the width of the linear projection based on edge positions at both ends in the width direction of the linear projection. .
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