(57)【要約】【課題】微細な測定物を簡単、かつ正確に測定が可能な寸法測定装置および寸法測定方法を提供する。【解決手段】被測定物の画像から得られた光強度分布信号は、予め設定された閾値２５に基づいて、閾値２５よりも下の領域がカットされる。光強度分布信号は傾斜の急な部分、即ち被測定物のエッジが検出しやすい領域だけが残される。被測定物の寸法は正確に測定が可能になる。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から被測定物に照射された光の反射光を受光して、被測定物の光強度分布信号を生成する手段と、得られた光強度分布信号のうち、予め規定された閾値以下の領域をカットして補正信号を生成する手段と、この補正信号に基づいて被測定物の寸法を算出する手段とを備えることを特徴とする寸法測定装置。
【請求項２】
前記被測定物の寸法を算出する手段は、少なくとも１次微分を含むことを特徴とする請求項１に記載の寸法測定装置。
【請求項３】
前記光源は、３６５ｎｍ以下の波長の光を照射することを特徴とする請求項１または２に記載の寸法測定装置。
【請求項４】
光源から被測定物に照射された光の反射光を受光して、被測定物の光強度分布信号を生成する工程と、得られた光強度分布信号のうち、予め規定された閾値以下の領域をカットして補正信号を生成する工程と、この補正信号に基づいて被測定物の寸法を算出する工程とを備えることを特徴とする寸法測定方法。
【請求項５】
前記被測定物の寸法を算出する工程は、少なくとも１次微分を行う工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の寸法測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法測定装置に関するものであり、詳しくは被測定物に照射した光の反射光から被測定物の寸法を測定する光学式寸法測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、磁気記録ヘッドの記録トラック幅を測定する場合、光学式寸法測定装置が用いられる。こういった光学式寸法測定装置は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などと比べて測定サンプルの作成が容易であり、被測定物を簡単に測定することができる。例えば、特開２００１−２６４０２４には、光学式寸法測定装置が記載されている。こういった光学式寸法測定装置では、光源から被測定物に対して光を照射する。そして被測定物の反射光の光強度分布信号に基づいて、被測定物のエッジ間寸法は算出される。こうして被測定物の寸法は測定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
光学式寸法測定装置では、測定可能な被測定物の最小寸法は照射する光源の波長に依存する。すなわち、波長の短い光を光源に利用するほど微細な被測定物の測定が可能になる。例えば、光源に紫外線（λ＝３６５ｎｍ）を用いた光学式寸法測定装置では、開口数Ｎ．Ａ＝０．９５とすると２３５ｎｍ程度までが寸法測定の限界であった。
【０００４】
図１２にＵＶ顕微鏡を用いて従来の手法で測定した場合のグラフを示す。測定条件は開口数Ｎ．Ａ＝０．９５、光源の波長３６５μｍに設定された。また、比較としてＳＥＭによる測定値とＵＶ顕微鏡による測定値とを同じ値にした理想線を示した。図１２によれば、測定サンプル幅が０．３μｍよりも小さくなると、ＵＶ顕微鏡による測定値は徐々に実際の測定サンプル幅と乖離し始めることが確認された。そして０．１μｍより小さくなると実際の測定サンプル幅が小さくなってもＵＶ顕微鏡による測定値は変化しなくなることが判明した。そのため、このままＵＶ−ＳＥＭ間の相関曲線を求めても、ＳＥＭとの乖離が大きくなる部分では正確な測定ができない。ＵＶ顕微鏡によって微小なサンプルを正確に測定するには、図中矢印のようにＵＶ顕微鏡による測定値を理想線に近づけることが必要である。
【０００５】
近年ますます微細化する記録トラックの幅を簡易に、かつ正確に測定するために、紫外線など利用が容易な光源を用いて微細な被測定物の正確な測定が可能な測定装置が望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、微細な測定物を簡単、かつ正確に測定が可能な寸法測定装置および寸法測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の発明においては、光源から被測定物に照射された光の反射光を受光して、被測定物の光強度分布信号を生成する手段と、得られた光強度分布信号のうち、予め規定された閾値以下の領域をカットして補正信号を生成する手段と、この補正信号に基づいて被測定物の寸法を算出する手段とを備えることを特徴とする寸法測定装置が提供される。
【０００８】
こういった寸法測定装置によれば、可視光線や近紫外線を光源として利用した寸法測定装置であっても、従来測定が困難であった微細な被測定物を正確に測定することが可能になる。
【０００９】
こういった光源は３６５ｎｍ以下の波長の光を照射するものであればよい。光源として近紫外線が用いられれば、寸法測定装置をローコストに構成することができる。
【００１０】
第２の発明においては、光源から被測定物に照射された光の反射光を受光して、被測定物の光強度分布信号を生成する工程と、得られた光強度分布信号のうち、予め規定された閾値以下の領域をカットして補正信号を生成する工程と、この補正信号に基づいて被測定物の寸法を算出する工程とを備えることを特徴とする寸法測定方法が提供される。
【００１１】
こういった寸法測定方法によれば、可視光線や近紫外線など、波長の長い光源を利用した寸法測定装置であっても、従来測定が困難であった微細な被測定物を正確に測定することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態である寸法測定装置を示すブロック図である。寸法測定装置１０は、表面に被測定物１１例えばヘッドスライダを載置するステージ１２を備える。ステージ１２は、ステージドライバ２３によってＸＹ方向に可能にされる。
【００１３】
ステージ１２の上部にはハーフミラー１４が備えられる。ハーフミラー１４は光源１５から照射された光をステージ１２に向けて反射させる。光源１５は、例えば３６５ｎｍの近紫外線を照射する。光源１５から照射される光は、光学フィルター２０を通過してハーフミラー１４に向かう。
【００１４】
ハーフミラー１４の上部には結像レンズ１６および固体撮像素子（ＣＣＤ）１７が備えられる。固体撮像素子（ＣＣＤ）とは、その表面に結ばれた像すなわち光信号を縦横の格子状画素に分解し、各画素毎に光信号を電気信号に変換するものである。この実験では縦４８０×横５１２ドットの画素を持つＮＴＳＣ仕様の固体撮像素子を用いている。結像レンズ１６は、光源１５から照射された光がステージ１２および被測定物１１で反射された反射光を集光し、ＣＣＤ１７に結像させる。ＣＣＤ１７は、入射した光を光電変換する。そして被測定物１１の画像信号を出力する。ＣＣＤ１７にはＡ／Ｄコンバータ１８が接続される。Ａ／Ｄコンバータ１８はＣＣＤ１７から出力された画像信号をＡ／Ｄ変換し、被測定物１１の光強度分布信号として計算機１９に入力する。
【００１５】
寸法測定装置１０は計算機１９を備える。こういった計算機１９は、例えばパーソナルコンピュータであればよい。計算機１９には、ＲＡＭ２１、ＲＯＭ２２、モニタ装置２４、およびステージドライバ２３が接続される。ＲＡＭ２１は入力された光強度分布信号を処理する際にデータを記憶する。ＲＯＭ２２は後述する閾値の設定情報などが記憶される。モニタ装置２４は寸法測定結果などを表示する。ステージドライバ２４はステージ２３の移動を制御する。
【００１６】
以上のような構成の寸法測定装置１０の作用を詳述する。いま、図２に示す微細な被測定物１１の幅Ｗ１を測定する場面を想定する。図１に示すように、被測定物１１をステージ１２上の所定位置に載置する。光源１５から被測定物１１に向けて近紫外線を照射する。光源の光はステージ１２上で反射光として反射される。被測定物１１の画像を含む反射光はハーフミラー１４を介して集光レンズ１６で収束される。ＣＣＤ１７の受光面には被測定物１１の画像が結像する。
【００１７】
ＣＣＤ１７は、受光した被測定物１１の画像を含む反射光を光電変換し、被測定物１１の画像信号としてＡ／Ｄコンバータ１８に向けて出力する。Ａ／Ｄコンバータ１８は入力された画像信号をＡ／Ｄ変換し、被測定物１１の光強度分布信号として計算機１９に入力する。計算機１９は入力された被測定物１１の光強度分布信号を一旦ＲＡＭ２１に格納する。
【００１８】
図３に入力された光強度分布信号の測定例を示す。１０種類の大きさの異なるサンプルが測定された。図３によれば、被測定物の大きさが１．０μｍ、０．７μｍ、０．５μｍではピークの光強度は低下しないが、０．５μｍよりも小さくなると、ピークでの平坦部分は消えて、被測定物の光強度プロファイルは低下していくことがわかる。こうした光強度プロファイルに着目すると、被測定物の大きさが減少するにつれて、光強度プロファイル曲線の下部よりも上部のほうが変化が大きい。
【００１９】
本発明では、こうした微細な被測定物の光強度プロファイル曲線の特性に着目した。即ち、光強度プロファイル曲線の変化が大きい上部領域だけを取り出して測定値を算出する。そのために、まず図３に示すように、被測定物の光強度プロファイルに閾値２５を設定する。例えば、ＵＶ顕微鏡を用いて従来の測定手法では正確に測定が不可能だった０．３μｍの測定サンプルを測定する場面を想定する。０．３μｍの被測定物１１の光強度分布信号は、両側部分が緩やかに傾斜している。こういった形態の光強度分布信号は、そのままでは被測定物１１のエッジを正確に検出することはできない。
【００２０】
計算機１９はＲＯＭ２２から閾値の設定情報を読み出す。図４に示されるように、閾値は光強度分布信号の両側の緩やかに傾斜している部分よりも上に設定されればよい。閾値２５は例えば３０〜４０％に設定されればよい。こうした閾値は、濃淡のない均一なベタ膜を測定した時の光強度を１００％として、これを基準とした光強度の割合である。
【００２１】
いま、閾値２５は３５％に設定されたと想定する。図５に示されるように、計算機１９は設定された閾値２５に基づいて、光強度分布信号の閾値２５よりも下の領域をカットする。光強度分布信号は傾斜の急な部分、即ち被測定物１１のエッジが検出しやすい領域だけが残される。こうして閾値２５に基づいて補正された補正信号は、計算機１９で隣接する画素間の差分をとり１次微分される。
【００２２】
図６に示されるように、１次微分された補正信号は、予め閾値２５よりも下の領域がカットされているため、被測定物１１の両エッジを正確に表現している。計算機１９は１次微分された補正信号の２つの頂点Ｘ１およびＸ２間の距離を算出する。こうしてＸ１およびＸ２間の距離に基づいて、被測定物１１の微細な幅Ｗ１は正確に測定される。
【００２３】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば可視光線や紫外線を光源として用いた光学式寸法測定器であっても、０．１〜０．３μｍ程度の微細な寸法の被測定物を測定することが可能になる。しかも、被測定物の画像から得られた光強度分布信号の一部を、閾値を基準にカットすることで、光源の波長に近い微細な寸法の被測定物であっても、正確にエッジを検出して寸法を測定することが可能である。
【００２４】
本出願人は、本発明による寸法測定とＳＥＭによる寸法測定との相関性を検証した。検証にあたって１〜３の３種類の材料が準備された。それぞれの材料から０．１５〜０．６μｍの範囲で０．０５μｍ刻みに寸法の異なる多数の測定サンプルが作成された。測定光源として紫外線が採用された。閾値は４０％に設定された。こうして、本発明によって測定されたサンプルの測定値を縦軸に、ＳＥＭによる測定値を横軸に示した相関性グラフを図７に示す。
【００２５】
一方、検証にあたっては比較例が準備された。測定サンプルは図７に示す本発明による測定と同様の測定サンプルが準備された。測定光源として紫外線が採用された。測定サンプルの光強度分布信号は一部をカットすることなく、そのまま測定に使用された。こうして、従来の方法によって測定されたサンプルの測定値を縦軸に、ＳＥＭによる測定値を横軸に示した相関性グラフを図８に示す。
【００２６】
図７に示す測定結果によれば、本発明によって寸法測定された０．１５〜０．６μｍの微細なサンプルは、ＳＥＭによる寸法測定結果と強い相関性が見られた。光源の波長に近い微細な被測定物も本発明によれば正確に測定されることが確認された。一方、図８に示す比較例では、測定サンプルが０．４μｍ以下になると相関性は低下した。従来の方法では光源の波長に近い微細な被測定物は正確に測定できなかった。
【００２７】
本出願人は、前述した図７、図８の結果に基づいて、これらの測定のばらつきを検証した。検証にあたって図７、図８に示した検証と同様の測定サンプルが準備された。これらのサンプルを本発明による測定、および従来の方法による測定によって、２５回繰り返し測定を実施した。本発明による測定結果を図９に示す。また、従来の方法による測定結果を図１０に示す。
【００２８】
図９に示す測定結果によれば、０．１５〜０．３μｍの範囲においても測定のばらつきは低く抑えられている。微細な被測定物の測定においても、信頼性が十分確保されていることが確認された。一方、図１０に示す比較例では、０．３μｍ以下では測定結果に大きなばらつきが出る結果となった。微細な被測定物の測定時には十分な信頼性は確保されないことが判明した。
【００２９】
更に本出願人は、本発明の測定方法における最適な閾値の設定を検証した。検証にあたって０．１〜０．４５μｍの範囲で０．０５μｍ刻みに寸法の異なる多数の測定サンプルが作成された。これら多数の測定サンプルを用い、閾値を０％，３０％，４０％，４５％，５０％にそれぞれ設定し、測定サンプルの光強度分布信号を上述した閾値でそれぞれカットした後、寸法を計測した。こうして、本発明によって測定されたサンプルの測定値を縦軸に、ＳＥＭによる測定値を横軸に示し、それぞれの閾値での平均的な値を線で表したグラフを図１１に示す。
【００３０】
図１１に示す測定結果によれば、被測定物の光強度分布信号をカットする閾値は、太線で示される理想値に近い３０〜４０％に設定されれば良いことが確認された。閾値が３０〜４０％に設定されれば、０．１〜０．２μｍの微細な被測定物であっても本発明によって正確に寸法測定が可能であることは判明した。
【００３１】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、微細な被測定物を簡単、かつ正確に測定が可能な寸法測定装置および寸法測定方法を提供することは可能になる。こうした微細な被測定物の測定に、測定が容易なＵＶ顕微鏡などを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の寸法測定装置を示す説明図である。
【図２】図２は、寸法測定のサンプルを示す説明図である。
【図３】図３は、寸法測定における被測定物の光強度分布信号を示す説明図である。
【図４】図４は、寸法測定における閾値設定を示す説明図である。
【図５】図５は、閾値でのカットされた光強度分布信号を示す説明図である。
【図６】図６は、光強度分布信号を微分して得た補正信号を示す説明図である。
【図７】図７は、本発明によって測定された相関性グラフである。
【図８】図８は、従来の方法によって測定された相関性グラフである。
【図９】図９は、本発明による測定のばらつきを検証したグラフである。
【図１０】図１０は、従来の方法による測定のばらつきを検証したグラフである。
【図１１】図１１は、本発明による最適な閾値の設定を測定したグラフである。
【図１２】図１２は、ＵＶ顕微鏡を用いて従来の手法で測定した実測値と理想値との対比を示すグラフである。
【符号の説明】
１０　寸法測定装置
１１　被測定物
１５　光源
１９　計算機
２５　閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004069317.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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