(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜試料を搭載するＸＹステージと、該試料の裏側から真空を作用させる真空チャンバと、該試料の映像を拡大して検出装置の撮像面に投影させる顕微鏡鏡筒と、該試料の形状情報を取得するプローブと、該プローブからの信号を処理して該試料の撓みを算出する第１の画像処理装置と、各検出器から検出信号を入力して演算処理し該試料の物性評価をする演算処理装置とを備える薄膜評価装置であって、
さらに、前記顕微鏡鏡筒を介して試料の拡大した映像を取り込んで電気信号に変換するＣＣＤ光検出器と、該ＣＣＤ光検出器からの映像信号を入力して前記試料の映像中の明度差を有する部分を抽出する第２の画像処理装置とを備えて、
前記第２画像処理装置の出力とＸＹステージの移動量から前記試料の寸法を算出して、前記試料の物性評価に算入することを特徴とする薄膜評価装置。
【請求項２】
前記試料の物性評価は内部応力とヤング率に基づくことを特徴とする請求項１記載の薄膜評価装置。
【請求項３】
前記試料はマスク上の薄膜であることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜評価装置。
【請求項４】
２軸に移動するＸＹステージ上に閉曲線で囲まれた明度の異なる部分を有し薄膜で孔を被覆した試料を薄膜成形面を上にして搭載し、
対物レンズによりＣＣＤマトリックス上に前記試料の映像を投影し、
前記閉曲線で囲まれた部分の一端の像が前記ＣＣＤマトリックスに投影されるように調整して、該端の位置を前記ＣＣＤマトリックスの座標によって特定し、
前記ＸＹステージを移動させて前記閉曲線で囲まれた部分の別の端の像が前記ＣＣＤマトリックスに投影されるように調整して、前記別の端の位置を前記ＣＣＤマトリックスの座標によって特定し、
前記孔の端に対応する前記ＣＣＤマトリックスの座標とＸＹステージの移動量から前記閉曲線で囲まれた部分の寸法を算出し、
前記試料に印加する真空を変えて前記孔の部分における最大撓み量を測定して、
膜に与えた差圧と膜の最大撓み量と上記寸法とから薄膜の物性評価をする薄膜評価方法。
【請求項５】
前記試料の物性評価は膜の内部応力とヤング率に基づくことを特徴とする請求項４記載の薄膜評価方法。
【請求項６】
前記試料はマスク上の薄膜であることを特徴とする請求項４または５記載の薄膜評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＣＣＤと移動ステージを用いて、得られた画像から基板の形状を測定する基板形状測定方法と装置、特にディスプレイなどに用いるマスク上の薄膜の特性評価に必要とされる基板に開口した孔の寸法を正確に求める基板形状測定方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、計測の分野において、物の形状の寸法、例えば方形をした孔の辺の長さや円形をした孔の径、あるいは任意の形をした孔の実質的な大きさなどを正確に測定することが必要とされる場合が多い。特に、他の測定に伴い補正項としてあるいは特性算出の構成因子として孔の寸法が重要な要素となる場合が少なくない。
例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法あるいはイオンプレーティング法等により形成された薄膜の物性評価を行う方法として、差圧を印加して撓み量を測定することにより行う場合があり、評価のための測定と演算を自動的に行う評価装置が開発されている。しかし、このような薄膜評価法では、薄膜物質の撓み量は薄膜が被覆する孔の寸法によって左右されるため、孔の寸法が重要な因子を形成するため、予め測定した孔の寸法を評価装置に与えておく必要がある。
【０００３】
このような場合に、薄膜物質の孔の形状を測定する方法として、
▲１▼  ものさしで直接計測する、
▲２▼  顕微鏡下に試料を置き肉眼でエッジ位置を確認し、ステージ移動方向とエッジが垂直になるように試料を回転した後、ステージ移動を行い再度エッジを検出して、この間のステージ移動量を測定して、これを試料の幅とする、
▲３▼  薄膜全体の像をＣＣＤで取り込み画像処理技術により形状寸法を求める、
などが一般的であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、薄膜評価装置は適当なプログラムを搭載したパソコンでその演算部分を構成することが当然になっており、したがってその演算に必要とされる正確な数値の取得と式への代入は自動的に行う要求が高まっている。ところが、上記▲１▼▲２▼の方法では必ず測定者が介入しなければならないため、自動的な測定ができず、また測定者の主観に基づく誤差を含む。また▲２▼の方法ではステージの移動方向を決定するアルゴリズムが複雑で、自動化には適しない。さらに上記▲３▼の方法では、全体像を取り込むＣＣＤの画素数が精度を支配することから、薄膜特性を評価するために必要な精度には到底達しない。
本発明の目的は、自動的な測定が可能となる簡単なアルゴリズムに基づく計測法を提供することであり、また分解能が十分な測定装置を提供することである。また本発明の別の目的は、基板の孔部分における薄膜の物性評価をする薄膜評価装置に組み込んで用いることができる形状測定方法及び装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の形状測定方法は、２軸に移動するＸＹステージ上に閉曲線で囲まれた明度の異なる部分を有する試料を搭載し、対物レンズによりＣＣＤマトリックス上に前記試料の映像を投影し、閉曲線で囲まれた部分の一端の位置をＣＣＤマトリックスの座標によって特定し、ＸＹステージを移動させて閉曲線で囲まれた部分の別の端の像がＣＣＤマトリックスに投影されるように調整して、その端の位置をＣＣＤマトリックスの座標によって特定し、これら孔の端に対応するＣＣＤマトリックスの座標とＸＹステージの移動量から閉曲線で囲まれた部分の寸法を算出することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の基板形状測定方法は、試料中の明度の異なる部分が正方形の孔であるときに、孔の第１の端の位置をＣＣＤマトリックスの座標で特定した後に、ＸＹステージを一方の軸方向に移動させて孔の第２の端がＣＣＤマトリックスに投影されるようにして第２端の位置をＣＣＤマトリックスの座標で特定し、さらにＸＹステージを先の軸と直行する軸方向に移動させて孔の第３の端がＣＣＤマトリックスに投影されるようにしてその位置をＣＣＤマトリックスの座標で特定し、これらＣＣＤマトリックスの座標とＸＹステージの移動量に基づいて、正方形の辺の長さを算出するようにすることができる。
【０００７】
さらに、試料中の明度の異なる部分が円形の孔であるときには、ＸＹステージを一方の軸方向に移動させて孔の第１の端の位置と第２の端の位置をＣＣＤマトリックスの座標で特定して、これらＣＣＤマトリックスの座標とＸＹステージの移動量に基づいて第１端と第２端の中点を算出して、ＸＹステージをその中点付近に戻し、さらにＸＹステージを別の軸方向に移動させて、第１端と第２端の中点に立てた垂線が孔と交差する第３の端と第４の端をＣＣＤマトリックスの座標で特定して、これらＣＣＤマトリックスの座標とＸＹステージの移動量に基づいて第３端と第４端の中点を算出して円孔の中心とするようにすることができる。
【０００８】
さらにまた、試料中の明度の異なる部分が不定形の孔であるときにも、ＸＹステージの第１の軸方向に移動させて孔の第１端と第２端の位置をＣＣＤマトリックスの座標で特定し、さらにＸＹステージの移動量に基づいて孔の第１軸方向の幅を算出し、次いでＸＹステージを先の軸と直行する第２軸方向に所定の刻みで移動を繰り返して第１軸方向の幅を算出して、これら算出された幅を積算して不定形の孔の寸法を算出するようにすることができる。
【０００９】
また、本発明の基板形状測定装置は、孔を有する試料を搭載して２軸に移動するＸＹステージと、ＸＹステージのＸＹ軸とＸＹ軸方向を合致させたＣＣＤマトリックスを備えＣＣＤ素子に投影する映像の光強度に対応する電気信号を発生するＣＣＤカメラと、試料の像をＣＣＤカメラの受像面に拡大して投影する対物レンズを備える鏡筒と、ＣＣＤカメラの出力を受けて画像の特徴を検出して出力する画像処理装置と、画像処理装置の出力とＸＹステージの移動量を受信して前記孔の寸法に対応する値を出力する演算処理装置とを備えることを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る薄膜評価装置は、薄膜試料を搭載するＸＹステージと、試料の映像を拡大してプローブの撮像面に投影させる顕微鏡鏡筒と、試料の形状情報を取得するプローブと、プローブからの信号を処理して試料の撓みを算出する第１の画像処理装置と、各検出器から検出信号を入力して演算処理し試料の物性評価をする演算処理装置とを備え、さらに、上記の顕微鏡鏡筒を介して試料の拡大した映像を取り込んで電気信号に変換するＣＣＤ光検出器と、ＣＣＤ光検出器からの映像信号を入力して試料の映像中の明度差を有する部分を抽出する第２の画像処理装置とを備えて、第２画像処理装置の出力とＸＹステージの移動量から試料の寸法を算出して、試料の物性評価に算入することを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明の形状測定方法によれば、対物レンズにより試料の映像を拡大してＣＣＤ受光面に投影するから、試料の位置を特定するための分解能は物理的なＣＣＤマトリックスの数量や密度に支配されず、必要に応じて高い位置精度を得ることが可能である。また、試料を搭載してＸ軸方向またはＹ軸方向に移動するＸＹステージの移動量は従来技術においても極めて精度よく把握できるから、試料の位置についての測定精度が極めて高い。さらに、全体の測定手順を自動化することも容易で、簡単な画像処理により正確な値を得ることができるので、例えば薄膜評価装置に組み込んで使用することも容易である。
【００１２】
また、試料中の測定対象部分が正方形や円形など予め定まった形状を有する場合には、測定手順や演算処理を極めて単純化することができる。
さらに、測定対象の形状が不定形である場合であっても、簡単な繰り返し操作により機械的に測定することができるから、本発明の方法を実施するための装置を容易に得ることができる。
【００１３】
本発明の形状測定装置によれば、正確に把握できるＸＹステージの移動量と、レンズにより試料を拡大して投影することにより実質的に高い分解能を付与することができるＣＣＤマトリックスに基づいて得られる座標値とを用いて形状を測定するから、測定精度は薄膜特性を評価するために十分である。また、本発明の形状測定装置によれば、自動的な測定が可能となる。
【００１４】
また本発明に係る薄膜評価装置によれば、薄膜の物性評価のために予め手動で形状パラメータを設定する必要がなく、また評価時点における測定値を使用することができるため物性評価の信頼性も増す利点がある。
また、従来の薄膜評価装置においても使用されていたＸＹステージや顕微鏡鏡筒あるいは演算装置など既存の部品を活用して、基板の孔部分の形状を測定する部分を組み込むことができるから、形状測定装置を組み込んだ薄膜評価装置全体の製造費用の増大を抑制することができる。
【００１５】
【実施例】
図１は、本発明に係る形状測定装置の第１実施例を示す概念説明図である。測定装置は、シリコンウェハなどの基板が有する正方形や真円その他一定の形状をした孔の寸法を測定するものである。
図中１は測定対象となる試料、２は試料を搭載して２軸に移動するＸＹステージ、３はＸＹステージを搭載する定盤、４は対物レンズを付けた鏡筒、５はＣＣＤカメラ、６は画像処理装置、７は演算処理装置、８はステージコントローラである。
【００１６】
試料１は、孔１１を有する基板１−１と孔１１を覆うようにして形成された薄膜１−２からなり、薄膜１−２の下の孔１１の部分はその周囲の肉の部分１２と明度が異なるため区別ができるようになっている。鏡筒４の対物レンズ４１が孔１１の像を拡大してＣＣＤカメラ５の受像面に投影する。ＣＣＤカメラ５は孔１１の投影画像をマトリックス状に配列した光電素子で電気変換して素子毎の受光の有無を表す画像情報を画像処理装置６に伝達する。画像処理装置６は各素子位置における電気出力を評価し、ＣＣＤマトリックスに投影された画像のうちの肉の部分１２と孔１１の部分を区分して判定する。演算処理装置７は、画像処理装置６から前記判定信号を受信して演算処理するもので、たとえばパーソナルコンピュータであってよい。演算処理装置７における演算処理は、孔１１のエッジすなわち肉の部分１２と孔１１の部分の境界について、ＣＣＤマトリックス内の座標値を求め、その結果に基づいてステージコントローラ８を制御してＸＹステージ２を適当に移動させる。演算処理装置７は、ＸＹステージ２の移動量とＸＹステージ２を移動させた後に再び取得する孔１１のエッジの座標値を先に取得した座標値と共に用いて孔１１の寸法を算出する。ＣＣＤマトリックスのＸＹ軸はＸＹステージ２のＸＹ軸と一致するように調整されている。
【００１７】
上記測定装置を用いた測定は以下のように行われる。まず、試料１をＸＹステージ２に載せ鏡筒４を調整して、試料１の画像が拡大されてＣＣＤカメラ５の受光面上に結像されるようにする。投影された画像が試料の肉の部分１２か孔１１の部分かは、ＣＣＤ素子の出力を適当なしきい値と比較することで判断ができる。さらに、ＸＹステージ２を適当に調整して試料１中の孔１１のエッジの一部がＣＣＤカメラ５のＣＣＤマトリックス面に投影されるようにする。エッジ部分が画像内に存在するようにするために、モニターに表示される映像に基づいて操作員が調整してもよいが、たとえば画像中の黒色の面積と白色の面積が等しくなる位置を見出すことでエッジがあることを見つける方法や、適当な線に沿って光度変化を監視し激しく光度が変化する位置からエッジを認める方法など、簡単な画像処理方法によりエッジを検出することも可能である。このような自動検出法を用いれば演算処理装置７を介してＸＹステージ２を調整することにより、自動的にエッジが画像内に存在するような位置に移動させることもできる。
【００１８】
ここで、たとえば画面の上下方向をＹ軸方向、画面の左右方向をＸ軸方向とし、画面左下端部を原点、画面中のＹ軸方向における最大座標値をＹｍ、画面中のＸ軸方向の最大座標値をＸｍと定める。
図２は画面上の座標と実寸とを対応させるための校正方法を説明する図面である。図２（ａ）はＸ軸に関する説明のための、また図２（ｂ）はＹ軸に関する説明のための図である。図２（ａ）から知られるように、画面に画像が現れているようにして、ＸステージをＸ軸方向に既知の距離Ｍｘだけ動かして、一定の点が画面中のＸ座標上を移動する量ΔＸを求める。すると、画面の座標値の幅を示すＸｍに相当する試料１の表面上の距離Ｄｘは、ＸステージのＸ軸方向移動量Ｍｘと、任意のＹ位置におけるＸ座標の差異ΔＸから数式１で求めることができる。また、同じく図２（ｂ）から明らかなように、Ｙｍに相当する試料１の表面上の距離Ｄｙは、ＹステージをＹ軸方向にＭｙだけ移動したときの任意のＸ位置におけるＹ座標の差異ΔＹから数式２で求めることができる。
【００１９】
【数１】
Ｄｘ＝Ｍｘ・Ｘｍ／ΔＸ
【数２】
Ｄｙ＝Ｍｙ・Ｙｍ／ΔＹ
【００２０】
はじめに、試料１の孔１１が正方形である場合にその辺の長さＤを求める方法について説明する。図３は正方形の孔の辺長を求める方法を説明する図面である。
初期の調整により正方形をした孔１１のエッジが画面中に現れているとして、Ｙ軸方向の適当な座標Ｙ１における孔１１の上記エッジＰ１のＸ座標をＸ１とする。また、孔１１のエッジが延伸する方向がＸ軸となす角度θを求めておく。
次いで、試料１を搭載したＸＹステージ２のＸステージをＸ軸方向かつ孔１１の面積が広がる方向に移動させて、座標Ｙ１の位置に孔１１の反対側のエッジＰ２が現れた画面を取得するようにする。ここで、Ｙ座標Ｙ１における孔１１のエッジのＸ座標Ｘ２を読みとる。このときのＸステージの移動量をＬｘとすると、ＬｘはＸＹステージ２の移動を制御するステージコントローラ８から取得する信号により正確に知ることができる。なお、実際に装置に用いられるステージは、機構上あるいは操作上の問題から常に連続的に駆動されるようになっているとは限らないが、移動量が正確に把握できれば動きが間欠的であってもよい。
さらに、今度は該ＸＹステージ２のＹステージをＹ軸方向かつ孔１１の面積が広がる方向に移動させて、座標Ｘ２の位置に孔１１の反対側のエッジＰ３が再び現れるようにする。このときのＹステージの移動量をＬｙとする。そして、該座標Ｘ２における孔１１のエッジのＹ座標Ｙ２を読みとる。
上記Ｐ２がＰ１が存在する辺の隣辺上にある場合には、正方形の辺長Ｄは、図３から明らかなように辺Ｐ１Ｐ２の正弦と辺Ｐ２Ｐ３の余弦の和となるから、数式３により求めることができる。なお、点Ｐ２がＰ１の存在する辺の対辺であるときは、数式３の第１項だけで辺長Ｄが求まることはいうまでもない。
【００２１】
【数３】
Ｄ＝（Ｌｘ＋Ｄｘ・（Ｘ２−Ｘ１）／Ｘｍ）ｓｉｎθ＋（Ｌｙ＋Ｄｙ・（Ｙ２−Ｙ１）／Ｙｍ）ｃｏｓθ
【００２２】
次に、孔１１が真円であることが予め知られている場合の円の直径を求める方法を説明する。図４は、円形の孔の直径を求める方法を説明する図面である。
初期の調整により円形の孔１１のエッジが画面中に現れているとして、Ｙ軸方向の適当な座標Ｙ１における孔１１の上記エッジＰ１のＸ座標をＸ１とする。
次に、試料１を搭載したＸＹステージ２のＸステージをＸ軸方向かつ孔１１の面積が広がる方向に移動させて、座標Ｙ１の位置に孔１１の反対側のエッジＰ２が現れた画面を取得し、座標Ｙ１における孔１１のエッジの座標Ｘ２を読みとる。このときのＸステージの移動量をＬｘとする。
【００２３】
次に、２つのエッジＰ１とＰ２の中点Ｐｈまでの距離Ｄｈを数式４により求め、ＸステージをＸ軸上逆方向にほぼＤｈだけ戻し、Ｐｈ点が画面中に収まるようにする。そこで、Ｘステージの実際の移動量Ｌｈと点Ｐ２について先に求めた座標値Ｘ２とから、新しい画面中のＰｈ点のＸ軸座標値Ｘｈを得る。
【００２４】
【数４】
Ｄｈ＝（Ｌｘ＋Ｄｘ・（Ｘ２−Ｘ１）／Ｘｍ）／２
【００２５】
さらに、ＸＹステージ２のＹステージをＹ軸方向に移動させて、座標Ｘｈの位置に孔１１のエッジＰ３が現れるようにして、画面中の座標ＸｈにおけるエッジＰ３のＹ座標Ｙ３を読みとる。
次に、ＹステージをＹ軸上で先と反対の方向に移動して、Ｘ座標Ｘｈの位置に円形孔１１の反対側のエッジＰ４が現れた画面を取得して、Ｘ座標ＸｈにおけるエッジＰ４のＹ座標Ｙ４を読みとる。このときのＹステージの移動量をＬｍとすれば、円形孔１１の半径Ｒは、数式５で与えられる。
【００２６】
【数５】
Ｒ＝（Ｌｍ＋Ｄｙ・（Ｙ３−Ｙ４）／Ｙｍ）／２
【００２７】
従って、孔１１の中心Ｏの位置はＹステージをＹ軸方向にほぼ距離Ｒ、実際にはＬｒ、だけ戻して得られる画面中のＸ座標Ｘｈ、Ｙ座標Ｙｏにあることになる。ただし、Ｙｏは数式６で与えられる値である。
【００２８】
【数６】
Ｙｏ＝Ｙ４＋Ｙｍ・（Ｒ−Ｌｒ）／Ｄｙ
【００２９】
以上のようにして求まる孔１１の中心Ｏの座標（Ｘｈ，Ｙｏ）を用いてＸＹステージ２を調整すれば、画面中の所望の位置に孔１１の中心Ｏを合わせることは容易である。
【００３０】
次に、孔１１が不定形であるときに孔の面積を求める方法について、図５を用いて説明する。
従前の方法では、ＣＣＤで全体像を撮像してＣＣＤ素子のうち孔を検出しているものの総数から孔の面積を評価するものであったから、測定精度はＣＣＤマトリックスの総数と密度に支配され、高い精度は望めなかった。
これに対して、本発明の測定方法では、試料を搭載する試料台としてＸＹステージを採用し測定中のステージ移動を管理してその移動量を画像評価に用いるので、ＣＣＤカメラの画面位置を定量的に管理することができるため、ＣＣＤカメラの１画面で孔全体を撮像する必要がなく、ＣＣＤカメラが画像を取り込める範囲をレンズで拡大することにより対象に対する実質的な分解能を大きくして精度を向上することができる。
【００３１】
まず、ＸＹステージ２を適当に調整して試料１中の孔１１のエッジの一部がＣＣＤカメラ５のＣＣＤマトリックス面に投影されるようにする。適当なＹ座標Ｙ１における孔１１のエッジＰ１のＸ座標をＸ１とし、わずかに離れたＹ座標Ｙ２におけるエッジＰ２のＸ座標をＸ２とする。
これらの座標値の平均値をもって、この部分のエッジの座標とする。孔１１のエッジは必ずしも滑らかな曲線を描かず、エッジ上の１点について求める座標は実体的な孔の輪郭を表さない特異点であるおそれがあるからである。
次に、試料１を搭載したＸＹステージ２のＸステージをＸ軸方向かつ孔１１の面積が広がる方向に移動させて、座標Ｙ１の位置に孔１１の反対側のエッジＰ３が現れた画面を取得するようにする。このときのＸステージの移動量をＬとする。ここで、Ｙ座標Ｙ１における孔１１のエッジＰ３のＸ座標Ｘ３を読みとる。またＹ座標Ｙ２に対応するエッジＰ４のＸ座標を読みとりＸ４とする。先と同様、これらの平均値をもってこの部分のエッジの座標とする。
Ｙ座標Ｙ１Ｙ２の位置における孔１１の幅Ｄは、上記の値を用いて、数式７で表される。
【００３２】
【数７】
Ｄ＝Ｌ＋Ｄｘ・（（Ｘ３＋Ｘ４）／２−（Ｘ１＋Ｘ２）／２）／Ｘｍ）
【００３３】
孔１１全体の面積を求めるには、孔１１のＹ軸方向の幅全体にわたってＹ座標値を適当な一定量ずつ歩進させながら、上記の方法でＸ軸方向の幅を算出して積算し、上記Ｙ軸方向の歩進幅を掛け合わせればよい。
【００３４】
図６は、本発明の形状測定装置を薄膜評価装置に組み込んで使用する例を示すブロック図である。薄膜評価装置は、基板上に形成した薄膜の物性を評価するためのものである。
図７はここで形状測定装置を組み込む薄膜評価装置における薄膜評価方法を説明する図面である。この方法によれば、孔を有するシリコンウェハＳの上に孔を覆うように薄膜Ｆを形成した試料を真空で引いて薄膜Ｆに差圧ｐをかけるときに薄膜の撓む量ｈを測定し、その測定値を用いて数式８、９、１０で算出される内部応力σとヤング率Ｅに基づいて評価する。ここで、νはポアソン比、ｔは薄膜の厚さ、ｒは孔の径や長さなどディメンジョンを代表する指数、ＡとＢは中間変数である。
【００３５】
【数８】
ｐ＝Ａ・ｈ＋Ｂ・ｈ３
【数９】
Ａ＝ｔσ／ｒ２
【数１０】
Ｂ＝３ｔＥ／８ｒ４（１−ν）
【００３６】
この式を用いて薄膜を評価するためには、薄膜の厚さｔと孔のディメンジョンを表す値ｒを別途求めておく必要がある。しかも、ｒは数式中に２次および４次の関数として含まれることから、その誤差は求める内部応力やヤング率の精度に大きな影響を与える。
そこで、本発明の形状測定装置を上記薄膜評価装置に組み込んで、評価測定と同時に孔の形状を正確にかつ自動的に測定し評価式にその結果を取り込んで、正確な物性値を求めるようにしたものである。
【００３７】
図６において、２１は測定対象となる薄膜が形成されたシリコン基板、２２は試料となるシリコン基板を搭載するＸＹステージ、２３は可動部分を振動しないように保持する定盤、２４は試料の映像を拡大して検出装置の撮像面に投影させる顕微鏡鏡筒、２５は試料の映像を取り込んで電気信号に変換するＣＣＤ光検出器、２６はＣＣＤ光検出器からの映像信号を入力して信号処理して有効な画像情報を生成する画像処理装置、２７は各検出器から検出信号を入力して信号処理し各制御装置に適切な操作信号を供給しかつ必要な測定値をディスプレイやプリンタに出力するパソコン、２８はＸＹステージ２２を測定に適合するように制御して測定対象が必要な位置に来るように制御するステージコントローラである。
【００３８】
図６において、３１は光波干渉法により薄膜の撓みを２次平面情報として取得するプローブ、３２はプローブ３１からの信号を処理して薄膜の撓みの分布を算出する画像処理装置、３３は試料２１を搭載して試料の裏側から真空を作用させる真空チャンバー、３４はパソコン２７からの指令に従って真空チャンバに搭載された薄膜に印加する真空を制御する真空ポンプ制御装置、３５は真空チャンバー３３に印加する真空度を測定する真空計である。
【００３９】
初めに、薄膜で孔を被覆した試料２１を薄膜形成面を上にして真空チャンバー３３の真空開口に孔の部分が当たるように搭載し、別途真空チャック装置でシリコン基板の肉の部分を真空で吸引して基板を真空チャンバーに把持する。真空チャックは孔の部分に測定用の真空を印加したときに周囲から真空が破れないような構造にしてある。
次に、試料２１を粗く走査してＣＣＤ光検出器の視野内に試料中の孔が来るようにする。そこで、先に説明した方法によりＣＣＤマトリックスの視野内における座標値とＸＹステージ２２の移動量とを用いて、その孔の径あるいは辺長など孔の寸法ｒ、すなわち数式９と１０に用いる数値ｒを求める。
次に、パソコン２７からの指令に基づくステージコントローラ２８の働きによりＸＹステージ２２を調整して目的とする孔の中心がプローブ３１の視野の中心付近に来るようにする。
【００４０】
次いで、薄膜評価を実施する。初めに大気圧下において、適当な基準面から孔の部分における薄膜の表面までの距離を測定する。次に、真空ポンプ制御装置３４の制御により真空チャンバー３３に決められた真空を生成させる。真空度は真空計で測定し評価式に用いるため演算装置に伝送される。この真空と大気圧の差が薄膜に印加される差圧ｐとなる。このように圧力ｐが印加された状態で薄膜までの距離を測定すると、先に求めた大気圧下での距離との差が数式８に用いる薄膜の撓み量ｈとなる。薄膜評価装置は最大撓み量を２次平面の測定結果から求めることができる。孔の中心位置が予め与えられる場合には、中心位置における直接的な測定により容易かつ正確に数式に用いる撓み量ｈを得ることができることはいうまでもない。
【００４１】
真空度を変更して、再度上記の撓み量を測定し、２組の測定値を数式８に代入すると、係数ＡとＢが求められる。従って、数式９と数式１０に既知の数値を代入することにより、薄膜の内部応力σとヤング率Ｅが求まり、これによって薄膜の物性が評価できる。
上記の手順はパソコン２７に組み込まれるシーケンス制御プログラムに従って自動的に実施することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の形状測定方法及び装置は、ＸＹステージを用いることにより、小さな視野しか持たないＣＣＤカメラを利用して、比較的大きな孔の寸法を精度よく測定することができる。
また、本発明の方法及び装置を薄膜評価装置に組み込むと、測定者が直接に物差しなどを用いて計るかわりに、試料の孔径等の値を極めて高精度で自動的に測定して薄膜評価式に代入できるから、正確かつ迅速に試料の物性が評価できるようになる。また、ＸＹステージや対物レンズは薄膜評価装置に既に付属するものを兼用することができるから、本発明の形状測定装置を適用することは極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の形状測定装置の第１実施例を示す概念説明図である。
【図２】本発明の実施例に用いられる校正方法を説明する図面である。図２（ａ）はＸ軸に関して、また図２（ｂ）はＹ軸に関して説明する図である。
【図３】孔が正方形であるときの形状測定方法を説明する図面である。
【図４】孔が円形であるときの形状測定方法を説明する図面である。
【図５】孔が不定形であるときの形状測定方法を説明する図面である。
【図６】本発明の形状測定装置を薄膜評価装置に使用する例を示すブロック図である。
【図７】薄膜評価方法を説明する図面である。
【符号の説明】
１、２１  試料
２、２２  ＸＹステージ
３、２３  定盤
４、２４  鏡筒
５、２５  ＣＣＤカメラ
６、２６  画像処理装置
７、２７  演算処理装置
８、２８  ステージコントローラ
３１  プローブ
３２  画像処理装置
３３  真空チャンバー
３４  真空ポンプ制御装置
３５  真空計
【図１】
0003620891.tif 000002
【図２】
0003620891.tif 000003
【図３】
0003620891.tif 000004
【図４】
0003620891.tif 000005
【図５】
0003620891.tif 000006
【図６】
0003620891.tif 000007
【図７】
0003620891.tif 000008