(57)【要約】【課題】パターンを正しく測定位置可能とすること。【解決手段】本寸法測定方法は、少なくとも２層になってパターンが形成されている測定対象物に対する寸法測定方法であって、各層の設計パターンＤ１１，Ｄ１２，Ｄ２１と、測定対象物の各層の撮像パターンＧ１１，Ｇ１２，Ｇ２１とを比較する第１ステップと、第１ステップの比較結果から測定対象物の各層の撮像パターンＧ１２，Ｇ２１における設計上の各層の設計パターンＤ１２，Ｄ２１からの相対ずれ量を演算する第２ステップとを含む。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２回のタイミングでパターンが形成されている測定対象物に対する寸法測定方法であって、
各層の設計パターンと、測定対象物の撮像パターンの各層とを比較する第１ステップと、
第１ステップの比較結果から測定対象物の各層の撮像パターンにおける各層の設計パターンからの相対ずれ量を演算する第２ステップと、
を含むことを特徴とする寸法測定方法。
【請求項２】
第２ステップで得た相対ずれ量を測定対象物の寸法測定に用いる第３ステップを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の寸法測定方法。
【請求項３】
第１ステップにおいて、設計パターンと撮像パターンとの比較が、設計パターンと撮像パターンそれぞれの任意の位置に定めた測定位置の比較であり、相対ずれ量が両測定位置間の相対ずれ量である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の寸法測定方法。
【請求項４】
上記測定位置がパターンのエッジである、ことを特徴とする請求項３に記載の寸法測定方法。
【請求項５】
パターンが３層以上のとき、任意の１層を基準とし、この基準とした層と他の層との間における相対ずれ量を演算する、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の寸法測定方法。
【請求項６】
上記請求項１ないし５のいずれかに記載の寸法測定方法の各ステップを実行するコンピュータプログラムを搭載してあることを特徴とする寸法計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サブミクロンオーダーに微細加工される半導体集積回路やそれに付随するエッチング製品等の測定対象を撮像装置で撮像し、その撮像画像を処理して当該測定対象に２回以上のタイミングで層をなして形成されたパターンの寸法を計測する方法、ならびにその方法を実行する寸法計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に半導体製造プロセスであるエッチングプロセスにより異なるタイミングで部分的に層をなして微細な線幅のパターンを生成していく場合、パターンが微細寸法であるために、それぞれのパターンの幅や間隔を位置ずれすることなく、かつ、形状寸法等を高精度に生成していく必要がある。
【０００３】
このような異なるタイミングで生成されたパターンは、パターンを形成した装置の違いや、アライメント誤差等の理由により、ずれが生じている。また、パターン形成のプロセスにおいて、パターンが太ったり痩せたりして形成される場合がある。そのため、このようなパターン形成においてはパターンを撮像カメラで撮像しコンピュータ画面上で画像認識しパターンの寸法計測をしてパターンの形成状態を把握することが行われている。
【０００４】
このようなパターンはエッチング等の微細加工技術の進展により多層にまたがり形成されるようになっている。このような多層にパターンが形成された場合の従来のパターンの寸法計測方法を説明する（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
まず多層にパターンが形成されている教示用の基板（最初の基板）を撮像する。この撮像画像上において基板上のパターンの特徴部分を指定する。この指定箇所をテンプレート画像に登録する。このテンプレート画像中の測定指定点を座標上で指示してデータ記憶する。次に、測定対象の基板（別の基板）を撮像する。この別の基板の撮像画像中から上記テンプレート画像と一致する形状の画像(一致画像)をサーチする。サーチした一致画像上の測定指定点を上記記憶している測定指定点の記憶データに従い指定する。そして、この指定された測定指定点に従い、パターンの寸法を測定する。
【０００６】
しかしながら、この寸法測定方法では最初の基板上の複数の層にまたがる複数のパターン同士の測定指定点に比べて別の基板上の複数の層にまたがる複数のパターン同士の測定指定点が位置ずれし、本来、測定されるべき層間のパターン同士の間ではなく別の層間のパターン同士の寸法を測定しまう場合があり、パターン寸法の測定に対する信頼性を確保しにくい。
【特許文献１】特許第３０５９６０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明により解決すべき課題は、測定対象物に多層に形成したパターンが層間で設計上のパターンから位置ずれしても寸法測定のための測定指定点を基板上において正しく指定可能とし、基板上に形成されたパターンの寸法の測定に対する信頼性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による寸法測定方法は、各層の設計パターンと、測定対象物の撮像パターンの各層とを比較する第１ステップと、第１ステップの比較結果から測定対象物の撮像パターンの各層における各層の設計パターンからの相対ずれ量を演算する第２ステップと、を含むことを特徴とするものである。
【０００９】
上記パターンは、好ましくは、基板上に半導体製造プロセスであるエッチングプロセスにより異なるタイミングで層をなして形成された、サブミクロンオーダーに微細な線幅のパターンであるが、これに限定されない。上記設計パターンはその設計の手法には限定されない。また、撮像パターンの撮像形式も限定されない。測定対象物とは、好ましくは基板であるが、基板には限定されず、パターンを形成することができるものであればよい。
【００１０】
本発明によると、各測定対象物のパターンが、そのパターンを形成する装置の違い等により、あるいは、パターンが規定の寸法よりも太かったり、痩せたりしたことにより、測定位置にずれが生じていても、第１ステップにより、各層の設計パターンと、測定対象物の各層の撮像パターンとを比較し、第２ステップにより、上記比較の結果から測定対象物の各層の撮像パターンにおける設計上の各層の設計パターンからの相対ずれ量を演算するので、測定位置を正しく指定することができ、これによって、パターンの寸法を高い信頼性をもって正確に測定することができるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、各層の設計パターンと測定対象物の各層の撮像パターンとを比較する第１ステップと、第１ステップの比較結果から測定対象物の各層の撮像パターンにおける設計上の各層の設計パターンからの相対ずれ量を演算する第２ステップとにより測定対象物の寸法を測定するから、測定対象物の寸法を高い信頼性をもって正しく測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る寸法測定方法を詳細に説明する。
【００１３】
図１は実施の形態の寸法測定方法を実施するために用いる寸法計測装置の概略構成を示す斜視図である。図１にはＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向が示されている。これら各軸は互いに直交している。これらの図を参照して、寸法計測装置２は、測定対象を撮像するための撮像装置４と、撮像装置４を制御するコンピュータ内蔵の制御装置６とから構成されている。撮像装置４と制御装置６は、相互に情報伝送可能に接続されている。
【００１４】
撮像装置４は、Ｘ軸方向に長手でＹ軸方向に一定幅の平面視矩形形状の撮像基台８を備える。撮像基台８上にはＸ軸方向に互いに平行に延びる一対のガイドレール１０が設けられている。この一対のガイドレール１０に矩形平板形状の移動テーブル１２がＸ軸方向に移動可能になっている。移動テーブル１２には、図示略のエンコーダが一体的に設置されている。ガイドレール１０に沿って設けられたリニアスケール１４とエンコーダとによって、移動テーブル１２のＸ軸方向の移動量を測定するリニアエンコーダが構成される。
【００１５】
撮像基台８には、移動テーブル１２上をＹ軸方向に跨ぐ形で門型の撮像架台１６が架設されている。撮像架台１６には図示略のカメラ移動機構にカメラ機構であるエリア型撮像装置(撮像手段)１８と高速オートフォーカス機構２０とがＹ軸方向に移動可能に設けられている。カメラ移動機構は、制御装置６から指令されたＸ座標にエリア型撮像装置１８と高速オートフォーカス機構２０とを一体移動させる。エリア型撮像装置１８は、顕微鏡のように対物レンズを有する構成となっており、２次元ＣＣＤ撮像素子を備える。対物レンズの交換により撮像倍率を変更できるようになっている。
【００１６】
基板２２は、例えば、液晶パネル用のガラス基板であり、移動テーブル１２上に複数の位置決めピン２３と、複数のプッシャ２６とにより位置決めされている。
【００１７】
図１の寸法計測装置２は、撮像装置４の移動テーブル１２と撮像架台１６とを動かして基板２２に対してエリア型撮像装置１８をＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させることにより、基板２２上の所定箇所の画像を撮像し、その画像を制御装置６に取り込むとともに制御装置６における画像処理により基板上に形成された素子の寸法測定位置を指定し、その指定測定位置における寸法を測定することができるようになっている。
【００１８】
制御装置６は、コンピュータ本体(制御手段、演算手段、データ生成手段等を構成する)と、キーボードと、ディスプレイと、ハードディスク装置(記憶手段を構成する)とを備えており、撮像装置４に対して指令を送ったり、撮像装置４のエリア型撮像装置１８で撮像した画像を観察したり、撮像装置４を制御するプログラムを入力したりできるようになっている。撮像装置４を制御する寸法計測用のコンピュータプログラムは、制御装置６のコンピュータに当初からインストールさせておいてもよいし、ネットワーク経由で外部からダウンロードすることもできる。
【００１９】
制御装置６のコンピュータには、以下に説明する寸法測定方法を実行するためのコンピュータプログラムが搭載されている。
【００２０】
以下、図２以降を参照して実施の形態の寸法測定方法を説明する。以下の例では、測定対象物は、２回のタイミングでパターンが形成されている基板２２であり、この基板２２に対して２つのパターンのエッジ間距離を測定する方法である。
【００２１】
図２（ａ）は、第１層の設計パターンデータを画像表現した例である。この設計パターンのデータは制御装置６の記憶手段に記憶されている。図２（ａ）には、エリア型撮像装置１８(撮像手段)による基板２２の撮像画像に合わせた矩形形状をなす設計画面Ｄ１と、この設計画面Ｄ１中に表示される第１層における２つの設計パターンＤ１１、Ｄ１２とが示されている。
【００２２】
図２（ｂ）は、第２層の設計パターンデータを画像表現した例である。この設計パターンデータは制御装置６のコンピュータ内の記憶手段に記憶されている。図２（ｂ）には、エリア型撮像装置１８による基板２２の撮像画像に合わせた形状をなす設計画面Ｄ２と、この設計画面Ｄ２中に表示される第２層における１つの設計パターンＤ２１とが示されている。
【００２３】
両第１、第２層設計画面Ｄ１，Ｄ２は、それぞれ、上辺と左辺との交点である左上角部を座標原点Ｏ１，Ｏ２とした第１、第２直交ＸＹ二次元座標の画面構成を備えている。
【００２４】
図３は、第１層設計画面Ｄ１と第２層設計画面Ｄ２とを重ね合わせた合成設計画面Ｄ３を示す。この合成設計画面Ｄ３も上辺と左辺との交点である左上角部を座標原点Ｏ３とした第３直交ＸＹ二次元座標の画面構成を備えている。第３直交ＸＹ二次元座標において、座標原点Ｏ３は座標原点Ｏ１，Ｏ２と一致している。図３では、第１層設計パターンＤ１２のＹ軸方向下方のエッジＥ１の座標（Ｘ，Ｙ）は（２５０，３５０）であり、第２層設計パターンＤ２１のＹ軸方向上方のエッジＥ２の座標（Ｘ，Ｙ）は（２５０，４５０）である。すなわち、両エッジＥ１，Ｅ２はＸ軸方向において同一位置にあり、Ｙ軸方向において座標位置が上下に座標距離で「１００」離隔している。これら両エッジＥ１，Ｅ２は寸法測定を行うための測定指定点となり、Ｙ軸方向の両エッジＥ１，Ｅ２間距離が測定したい寸法である。
【００２５】
このエッジＥ１，Ｅ２間距離においては、第１層設計パターンＤ１２のエッジＥ１の座標位置と、第２層設計パターンＤ２１のエッジＥ２の座標位置とが相対的に、設計上、定まっている。
【００２６】
以上における各層の設計パターンデータは制御装置６が内蔵するコンピュータ内の記憶手段に記憶されている。
【００２７】
図４は第１層に２つのパターンが、また、第２層に１つのパターンがある基板の撮像画面Ｇである。この撮像画面Ｇに示されるパターンにおいて、Ｇ１１，Ｇ１２は、第１層撮像パターンであり、Ｇ２１は、第２層撮像パターンである。図４においても、上辺と左辺との交点である左上角部を座標原点Ｏ４とした直交ＸＹ二次元座標をなしている。
【００２８】
第１層撮像パターンＧ１２の測定位置はエッジＥ３であり、第２層撮像パターンＧ２１の測定位置はエッジＥ４である。
【００２９】
撮像画面Ｇにおいて、第１層撮像パターンＧ１１，Ｇ１２は第１層設計パターンＤ１１，Ｄ１２に対応し、第２層撮像パターンＧ２１は第２層設計パターンＤ２１に対応する。
【００３０】
これら撮像画面Ｇはエリア型撮像装置１８で撮像され、制御装置６に取り込まれ、制御装置６において上記第１層撮像パターンＧ１１，Ｇ１２、第２層撮像パターンＧ２１に処理される。
【００３１】
図５（ａ）に図４の撮像画面Ｇを、図５（ｂ）に図３の設計画面Ｄ３を、それぞれ比較照合のため再掲する。制御装置６においては、撮像画面Ｇと設計画面Ｄ３とを比較（照合）する。制御装置６は、上記比較の結果、撮像画面Ｇ中の第１層撮像パターンＧ１２のエッジＥ３と設計画面Ｄ３中の第１層設計パターンＤ１２のエッジＥ１とを比較し、第１層撮像パターンＧ１２は第１層設計パターンＤ１２よりもＹ軸方向上方に位置ずれしており、第２層撮像パターンＧ２１は第２層設計パターンＤ２１よりもＹ軸方向下方に位置ずれしていると判定するとともに、その位置ずれ量を演算する。この位置ずれ量の演算は、第１層撮像パターンＧ１２のエッジＥ３の座標データから、第１層設計パターンＤ１２のエッジＥ１の座標データを減算することにより、また、第２層撮像パターンＧ２１のエッジＥ４の座標データから、第２層設計パターンＤ２１のエッジＥ２の座標データを減算することにより、得ることができる。
【００３２】
そして、図６で示すように、この演算値から、設計上の測定指定点Ｅ１，Ｅ２をそれぞれ新たな測定指定点Ｅ３，Ｅ４に変更する。
【００３３】
なお、実施の形態で示した第１層と第２層の撮像パターンは層方向に重なっていなかったが、第１層と第２層の撮像パターンが重なるパターン部分と重ならないパターン部分とを有する場合を図７を参照して説明する。
【００３４】
図７（ａ）は第１層設計パターンＤ１３，Ｄ１４と第２層設計パターンＤ２２，Ｄ２３とが部分的に重なっている。そして、設計上の測定指定点はＥ１，Ｅ２である。この測定指定点Ｅ１は第１層設計パターンＤ１４のＹ軸方向上方エッジであり、測定指定点Ｅ２は、第２層設計パターンＤ２２のＹ軸方向下方エッジである。
【００３５】
そして、図７（ｂ）は第１層撮像パターンＧ１３，Ｇ１４、第２層撮像パターンＧ２２，Ｇ２３とが部分的に重なっている。そして、第２層の撮像パターンＧ２２，Ｇ２３が位置ずれしても、測定指定点はその位置ずれに対応して当初の設計上の測定指定点Ｅ１，Ｅ２から上記図２ないし図６と同様の比較照合、演算を行うことにより新たな測定指定点Ｅ３，Ｅ４が生成されるので、第２層撮像パターンＧ２３のＹ軸方向上方エッジがＹ軸方向上方に位置ずれして測定指定点Ｅ２に近付いても、この第２層の撮像パターンＧ２３のＹ軸方向上方エッジを測定指定点Ｅ４´と間違えることがない。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、パターンが２層であったが、パターンは３層以上でもよく、３層以上のｎ層の場合では、任意の１層を基準とし、この基準とした層と他の層との間における相対ずれ量をｎ層まで演算し、全層の相対ずれ量の演算が完了すると、測定指定点の座標の補正をして寸法測定を実施するとよい。
【００３７】
実施の形態の寸法計測装置は、ハードウェア的には、撮像装置４におけるエリア型撮像装置１８や高速オートフォーカス機構２０からなるカメラ機構と、上記制御装置１６のコンピュータと、制御装置１６のディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の出力装置と、撮像装置４における撮像基台８、移動テーブル１２等の駆動機構とを備える。
【００３８】
実施の形態の寸法計測装置は、図８で示すように、ソフトウエア的には、図１で示す撮像部の撮像出力から図４の撮像画面データを生成する撮像画面生成部３０と、図３の設計画面データ記憶部３１と、撮像画面生成部３０からの撮像画面Ｇと、設計画面データ記憶部３１で記憶されている設計画面Ｄとを照合し演算する照合演算部３２と、照合演算部３２の出力から上記した位置ずれ量を演算する位置ずれ量演算部３３と、測定指定点を記憶している測定指定点記憶部３４と、位置ずれ量演算部３３と測定指定点記憶部３４との両出力から測定指定点を新たに生成する測定指定点生成部３５と、測定指定点生成部３５の出力から測定対象物の寸法を測定し、この測定結果を出力する寸法測定部３６と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は本発明の実施の形態に用いる寸法計測装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は設計上の各層の設計パターンデータを示す図である。
【図３】図３は各層の設計パターンデータを合成した設計パターンデータを示す図である。
【図４】図４は撮像パターンデータを示す図である。
【図５】図５は図４の撮像パターンデータと図３の設計パターンデータとの照合を説明するための図である。
【図６】図６は測定位置の補正を説明するための図である。
【図７】図７は層間のパターン中で重なる部分と重ならない部分とが存在するパターン同士の照合と測定位置の補正を説明するための図である。
【図８】図８は実施の形態の寸法計測装置の機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４０】
２  寸法計測装置
４  撮像装置
６  制御装置
８  撮像基台
１０  ガイドレール
１２  移動テーブル
１４  リニアスケール
１６  撮像架台
１８  エリア型撮像装置
２２  基板
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３  設計画面
Ｄ１１〜Ｄ２１  設計パターン
Ｇ  撮像画面
Ｇ１１〜Ｇ２１  撮像パターン
【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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