JP2006194593A

JP2006194593A - 線幅測定方法

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Publication number: JP2006194593A
Application number: JP2005003442A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nogami; 大野上
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: KR20060082047A; KR100674774B1; CN1804545A; TWI276773B; JP4663334B2; TW200632276A; CN100378431C

Abstract

【課題】安定なコントラストの状態を保つことが可能な線幅測定方法を提供する。
【解決手段】透明基板２１上に不透明パターン２２を形成し透明基板と不透明パターンにまたがって半透明膜２３を形成してなる測定試料の両側を反射光と透過光で同時に照明して半透明膜の線幅を測定する線幅測定装置において、半透明膜の線幅を測定する際に、透明基板と不透明パターンにそれぞれ調光エリア２６，２７を指定して個別に調光し、その後半透明膜の線幅を測定することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、透明基板上に不透明パターンを形成し透明基板と不透明パターンにまたがって半透明膜を形成してなる測定試料の両側を反射光と透過光で同時に照明して半透明膜の線幅を測定する線幅測定装置における線幅測定方法に関する。

測定試料の線幅を反射光と透過光を用いて測定する線幅測定装置はすでに市販売りされている。

まず図３により、測定試料を反射光と透過光で照明した場合に得られる輝度波形について説明する。

図３において、測定試料はガラス３１上に形成されたメタルパターン（無透過）３２からなる。実際にメタルパターン（無透過）３２の線幅を反射照明および透過照明を同時に点灯して測定する際は、反射照明および透過照明を同時に点灯して行うが、原理説明のため、反射照明のみにより得られる輝度波形と、透過照明のみにより得られる輝度波形とに分けて説明する。また、実際にも、反射照明だけで測定するケースや透過照明だけで測定するケースもある。

反射照明のみの場合、（ａ）に図示のように、メタルパターン（無透過）３２側を、図示していない反射光源からの反射光３３で照明すると、測定試料で反射した反射光が，測定試料の上方に位置する，図示していない自動調光アダプタ内のＮＤフィルタ（連続的に透過率が変わるフィルタ）を経由して，図示していないカメラに入射する。該カメラの出力として得られる輝度波形３４は（ｂ）となり、その輝度波形３４のピークが規定値（映像信号０．７Ｖ）となるように、上記自動調光アダプタ内のＮＤフィルタを調整する。

また透過照明のみの場合、（ｃ）に図示のように、ガラス３１上のメタルパターン（無透過）３２が形成された側と反対側を、図示していない透過光源からの透過光３５で照明すると、測定試料を透過した透過光が，測定試料の上方に位置する上記自動調光アダプタ内のＮＤフィルタ（連続的に透過率が変わるフィルタ）を経由して上記カメラに入射する。上記カメラの出力として得られる輝度波形３６は（ｄ）で、その輝度波形３６のピークが規定値（映像信号０．７Ｖ）になるように、上記透過光源からの透過光３５を調整する。

したがって、（ｅ）に図示のように、反射光３３および透過光３５を同時に点灯の場合は、上記カメラの出力として得られる同時点灯時輝度波形３７は、（ｆ）に図示のようになる。すなわち、（ｂ）と（ｄ）の合成で、反射光３３によるピークと透過光３５によるピークが同じ規定値（映像信号０．７Ｖ）で、反射光によるピークとメタルパターン（無透過）３２の傾斜部分に基づく溝のボトムとの間のコントラスト、および該溝のボトムと透過光によるピークとの間のコントラストは同じで、メタルパターン（無透過）３２の傾斜部分の形状に応じた輝度波形を得ることができる。

線幅測定装置に関する特許文献として弊社出願の特許文献１を挙げる。ただし特許文献１は反射光のみの記載であり、本発明の前提となる反射光と透過光で同時に照明する線幅測定装置ではない。

特開２００３−２７９３１８号公報

しかしながら、実際には、測定試料における反射光の反射率および透過光の透過率がサンプルにより異なる場合が多く、その場合には上記カメラの出力として得られる同時点灯時輝度波形が異なってくる。

図４により、測定試料における反射光の反射率および透過光の透過率が異なる場合に、得られる同時点灯時輝度波形を説明する。

（ａ）は、反射光３３の反射率が透過光３５の透過率に比べ高い場合であり、その場合、（ｂ）に図示の同時点灯時輝度波形３７ａのピークに、自動調光アダプタ内のＮＤフィルタを調整すると、透過光３５の部分の輝度波形は極端に小さくなる。

（ｃ）は、逆に透過光３５の透過率が反射光３３の反射率に比べ高い場合であり、その場合、（ｄ）に図示の同時点灯時輝度波形３７ｂのピークに、透過光源からの透過光３５を調整すると、反射光３３の部分の輝度波形は極端に小さくなる。

したがってこのような場合は、反射光によるピークとメタルパターン（無透過）３２の傾斜部分に基づく溝のボトムとの間のコントラスト、および該溝のボトムと透過光によるピークとの間のコントラストは同じでなく、メタルパターン（無透過）３２の傾斜部分の形状に応じた輝度波形を得ることができない。

次に図５により、測定試料の線幅の測定の原理を説明する。（ａ）は測定試料であり、ガラス基板上にパターン５０が形成されている。（ｂ）はカメラによる走査線Ｌｉで測定試料のガラス基板およびパターン５０を横切った場合に得られる輝度波形である。輝度分布における最大輝度レベル５１を１００％とし、最小輝度レベル５２を０％とし、中間の輝度レベル５０％の輝度レベル５３に相当するａ番目の画素とｂ番目の画素間の位置差をＮａｂとする。またカメラの測定倍率とカメラから測定試料までの被写体距離により決まる係数をｋとする。このとき測定試料のパターン５０の線幅Ｘは、次式（１）で求めることができる。
Ｘ＝ｋ×Ｎａｂ ……… （１）
したがって、測定試料のパターン５０の線幅を測定するためには、輝度波形の中間の輝度レベルを正しく得る必要がある。

しかしながら、測定試料における反射光の反射率および透過光の透過率が異なるサンプルがあると、図４で説明したように、反射光によるピークとメタルパターン（無透過）３２の傾斜部分に基づく溝のボトムとの間のコントラスト、および該溝のボトムと透過光によるピークとの間のコントラストは同じでなく、メタルパターン（無透過）３２の傾斜部分の形状に応じた輝度波形を得ることができない。このことで、得られる輝度波形の中間の輝度レベルが正しい位置よりずれているため、パターンの正確な線幅を測定することができない。

図６は、実際の測定対象である測定試料と、従来の線幅測定装置で得られる輝度波形を示す図である。（ａ）は実際の測定対象である測定試料の平面図、（ｂ）はその断面図である。（ａ），（ｂ）に図示のように、実際の測定対象である測定試料は、ＬＣＤ基板で代表される透明基板２１上に不透明パターン２２を形成し透明基板２１と不透明パターン２２にまたがって半透明膜（ＩＴＯ）２３を形成した試料である。

この測定試料の両側を反射光と透過光で同時に照明して半透明膜（ＩＴＯ）２３の線幅を測定する場合、従来では、反射光の出力および透過光の出力比率を固定して測定していた。出力の比率は、測定試料のサンプルの反射率および透過率にあわせて作業者の勘に頼って決定していたため、人によって個人差があるのと、反射光源や透過光源の劣化により出力比率に変化が生じることもあり、この場合は図４で説明したように常に同じ輝度波形が得られず、したがって同じコントラストの状態を保つことが難しかった。

（ｃ）は得られる輝度波形２５の例であり、透過率が悪いサンプルの場合透過光により得られる輝度波形のピークが下がり、その結果コントラストが、反射光により得られる輝度波形のコントラストと同じでなく悪くなってしまう。

したがって測定試料のサンプルによって線幅データがばらつき、測定の再現が困難で、且つ線幅の正確な測定をすることができない。

本発明の目的は、安定なコントラストの状態を保つことが可能な線幅測定方法を提供することにある。

本発明は、透明基板上に不透明パターンを形成し前記透明基板と前記不透明パターンにまたがって半透明膜を形成してなる測定試料の両側を反射光と透過光で同時に照明して前記半透明膜の線幅を測定する線幅測定装置において、前記半透明膜の線幅を測定する際に、前記透明基板と前記不透明パターンにそれぞれ調光エリアを指定して個別に調光し、その後前記半透明膜の線幅を測定することを特徴とする。

また本発明は、透明基板上に不透明パターンを形成し前記透明基板と前記不透明パターンにまたがって半透明膜を形成してなる測定試料の前記半透明膜を反射光源からの反射光で照明し、前記測定試料の前記半透明膜と反対側を透過光源からの透過光で同時に照明して、前記半透明膜の線幅を測定する線幅測定装置において、前記半透明膜の線幅を測定する際に、前記透明基板と前記不透明パターンにそれぞれ透過光の調光エリアと反射光の調光エリアを指定し、前記反射光の調光エリアから得られる輝度波形に対してはそのピークが所定値となるように調光アダプタ内のフィルタを調光し、前記透過光の調光エリアから得られる輝度波形に対してはそのピークが所定値となるように前記透過光源からの透過光で調光し、その後前記半透明膜の線幅を測定することを特徴とする。

本発明によれば、安定なコントラストの状態を保つことが可能な線幅測定方法を得ることができる。

図１は、本発明による線幅測定方法を用いた線幅測定装置の実施の形態の構成図である。図１において、１は測定用のＣＣＴＶカメラで、顕微鏡で拡大された測定試料のサンプルの画像を撮像する。２はＣＣＴＶカメラの前に配置された自動調光アダプタであり、１の撮像素子（ＣＣＤ）１に届く光量が規定量の値になるよう調整するためのものである。

３〜６は顕微鏡の構成部品で、３は直筒、４は投光管、５はレボルバ、６は対物レンズである。７はライトガイド、１１は顕微鏡の反射照明光源ユニットで、該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および投光管４、対物レンズ６を通り、試料台８上の図示していない測定試料を照射し、反射照明として用いる。

また、９は透過照明ヘッド、１０はライトガイド、１２は透過照明光源ユニットで、該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、試料台８上の図示していない測定試料を裏面から照射することにより、透過照明として用いる。

測定試料で反射した光および透過した光は、自動調光アダプタ３内のＮＤフィルタを経由してＣＣＴＶカメラ１に入射され、撮像されて映像信号に変換される。

ＣＣＴＶカメラ１で得られた映像信号は、画像処理装置１３に入力され、ビデオモニタ１４で表示可能なフォーマットに変換され、その画像がビデオモニタ１４で表示される。

１５はマウスやキーボードなどの操作器で、ビデオモニタ１４で表示された画像をみて、画像処理装置１３を制御し調光エリアを指定して表示する操作を行う。

図２は、本発明での線幅測定方法を説明するための，図１の試料台８上の置かれる測定試料と、本発明の実施の形態で得られる輝度波形を示す図である。（ａ）は実際の測定対象である測定試料の平面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は得られる輝度波形の例である。

（ａ），（ｂ）に図示のように、測定試料は、ＬＣＤ基板で代表される透明基板２１上に不透明パターン２２を形成し透明基板２１と不透明パターン２２にまたがって半透明膜（ＩＴＯ）２３を形成してなる。

この測定試料の両側を反射光と透過光で同時に照明すると、測定試料の平面図（ａ）と輝度波形（ｃ）の画像がビデオモニタ１４に表示される（ただしこの段階では（ａ）の符号２６と２７のエリアは表示されない。また（ｃ）では透過光により得られる輝度波形のピークが下がった波形である）。

この測定試料の半透明膜（ＩＴＯ）２３の線幅を測定する際、本発明の実施の形態では図１の操作器１５を使って、（ａ）に図示のように、透明基板２１上に透過光の調光エリア２６を指定して表示し、不透明パターン２２上に反射光の調光エリア２７を指定して表示する。

次に、輝度波形（ｃ）において、反射光の調光エリア２７から得られる輝度波形に対してはそのピークが所定の規定値（映像信号０．７Ｖ）となるように図１の自動調光アダプタ２内のＮＤフィルタ（連続的に透過率が変わるフィルタ）を調光し、透過光の調光エリア２６から得られる輝度波形に対してはそのピークが所定の規定値（映像信号０．７Ｖ）値となるように図１の透過照明光源ユニット１２内で透過光源からの透過光を調光する。

その調光の結果、反射光によるピークと透過光によるピークが同じ規定値（映像信号０．７Ｖ）となる。

その後、図５で説明したような線幅の測定を行うことにより、半透明膜（ＩＴＯ）２３の線幅を測定する。

したがって本実施の形態では、安定なコントラストの状態を保つことが可能な線幅測定方法を得ることができる。このことにより半透明膜（ＩＴＯ）２３の線幅を正確に測定することができる。また測定試料のサンプルによって線幅データがばらつくことがなく、測定の再現も容易である。

また本実施の形態では、測定試料のサンプルにより反射光の反射率および透過光の透過率が異なっても、図１の画像処理装置１３で制御信号を発生させ、該制御信号を自動調光アダプタ２内のＮＤフィルタ（連続的に透過率が変わるフィルタ）および透過照明光源ユニット１２にフィードバックさせているので、常に同じ規定値（映像信号０．７Ｖ）を自動的に保持することができる。またこのことにより、半透明膜（ＩＴＯ）２３の線幅を常に正確に測定することができる。

本発明による線幅測定方法を用いた線幅測定装置の実施の形態の構成図である。本発明での線幅測定方法を説明するための，図１の試料台上の置かれる測定試料と、本発明の実施の形態で得られる輝度波形を示す図である。測定試料を反射光と透過光で照明した場合に得られる輝度波形を示す図である。測定試料における反射光の反射率および透過光の透過率が異なる場合に、得られる同時点灯時輝度波形を示す図である。測定試料の線幅の測定の原理を説明する図である。実際の測定対象である測定試料と、従来の線幅測定装置で得られる輝度波形を示す図である。

符号の説明

１：ＣＣＴＶカメラ、２：自動調光ユニット、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：画像処理装置、１４：ビデオモニタ、１５：操作器、２１：透明基板、２２：不透明パターン、２３：半透明膜（ＩＴＯ）、２４，２５：輝度波形、２６：透過光の調光エリア、２７：反射光の調光エリア、３１：ガラス、３２：メタルパターン（無透過）、３３：反射光、３５：透過光、３４，３６，３７，３７ａ，３７ｂ：輝度波形、５０：パターン。

Claims

透明基板上に不透明パターンを形成し前記透明基板と前記不透明パターンにまたがって半透明膜を形成してなる測定試料の両側を反射光と透過光で同時に照明して前記半透明膜の線幅を測定する線幅測定装置において、前記半透明膜の線幅を測定する際に、前記透明基板と前記不透明パターンにそれぞれ調光エリアを指定して個別に調光し、その後前記半透明膜の線幅を測定することを特徴とする線幅測定方法。
透明基板上に不透明パターンを形成し前記透明基板と前記不透明パターンにまたがって半透明膜を形成してなる測定試料の前記半透明膜を反射光源からの反射光で照明し、前記測定試料の前記半透明膜と反対側を透過光源からの透過光で同時に照明して、前記半透明膜の線幅を測定する線幅測定装置において、前記半透明膜の線幅を測定する際に、前記透明基板と前記不透明パターンにそれぞれ透過光の調光エリアと反射光の調光エリアを指定し、前記反射光の調光エリアから得られる輝度波形に対してはそのピークが所定値となるように調光アダプタ内のフィルタを調光し、前記透過光の調光エリアから得られる輝度波形に対してはそのピークが所定値となるように前記透過光源からの透過光で調光し、その後前記半透明膜の線幅を測定することを特徴とする線幅測定方法。