JPH09152306A - ゲイン調整方法及びエッジ検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射光強度データを事前に取り込み込むこと
なく、反射光強度信号のゲインを適切に設定する。 【解決手段】 光ビームをＳ１からＳ４まで走査するに
先だって、光ビームを走査する試料面の領域を撮像し、
光ビームを発生する光源のパワーを計測し、得られた画
像情報中のデータ取り込み領域（例えば、Ｓ２〜Ｓ３）
までの画像情報（階調情報等）と光量の計測値とを用い
てＳ２〜Ｓ３までの反射光強度信号を予測し、反射光強
度信号のゲインを最適化する。このため、その後、実際
に、試料面上を光ビームを走査して反射光強度データを
得る際には、試料面からの反射光の強度信号は、ゲイン
が最適化された状態でＡ／Ｄ変換器を介してコンピュー
タに取り込まれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゲイン調整方法及
びエッジ検出方法に係り、更に詳しくは、試料面上を光
ビームを走査して得られる試料面からの反射光の強度信
号のゲインを調整するゲイン調整方法及びこのゲイン調
整方法を用いたパターンのエッジ検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子等の製造におけるフォトリソ
グラフィ工程では、ウエハ等の試料上にパターンが形成
されるが、このパターンの間隔あるいはパターン線幅の
測定は光学的手法を用いて行なわれる。

【０００３】図８（ａ）には試料上のパターンの一例が
示され、図８（ｂ）には従来のパターン間隔あるいはパ
ターン線幅の測定装置を用いて図８（ａ）のパターンに
対しレーザスポット等を走査した時の反射光強度波形の
一例が示されている。図８において、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ
３、……は任意の位置を０としたときの各パターンのエ
ッジ位置の座標を示す。

【０００４】反射光強度は、照射するレーザ等の光源の
パワーや測定試料の反射率により大幅に変化する。反射
率について言えば、レジストやガラスのように数％のも
のからアルミニウムのように１００％近いものまでが被
測定パターンとして存在する。

【０００５】この種の装置においては、反射光強度信号
波形中の強度変化に基づいて各パターンのエッジ位置が
検出され、検出された隣接するエッジ位置座標の差によ
りパターン間隔あるいはパターン線幅が算出される。

【０００６】この場合において、レーザスポット等を走
査した時の反射光検出器から得られる反射光強度信号
（光電変換信号）は、アナログ信号であるからコンピュ
ータにより画像処理を行なうためには、Ａ／Ｄ変換器を
用いてデジタル信号に変換した後、メモリに取り込む必
要がある。しかるに、Ａ／Ｄ変換器には通常入力制限範
囲（例えば０〜１０Ｖ）があり、しかも信号のＳ／Ｎ比
がエッジ検出精度に影響を与えることから、反射光強度
波形にＡ／Ｄ変換器の入力制限範囲（例えば０〜１０
Ｖ）を越える箇所がなく、Ｓ／Ｎ比を上げるために、入
力制限範囲に対して充分なダイナミックレンジを持たせ
るように（例えば、入力される信号最小値が０Ｖになる
べく近く、最大が１０Ｖになるべく近い値になるよう
に）、電気的オフセットとゲインとを適切に設定してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した電気的オフセ
ットとゲインの設定（オートゲインコントロール：ＡＧ
Ｃ）を行なう際、従来は、オフセットとゲインを予め適
当な値に設定し、この状態で反射光強度データを実際に
取り込み、そのデータの最大値／最小値に基づいて最適
なオフセットとゲインを設定することがなされている。
従って、取り込んだデータがＡ／Ｄ変換器の入力範囲を
越えて飽和してしまった場合は、オフセットとゲインを
変更して再度反射光強度波形を取り込み、そのデータの
最大値／最小値に基づいて最適なオフセット、ゲインを
設定する。このように、ＡＧＣの為に、１回もしくは複
数回のデータ取り込みが、実際のパターンのエッジ検出
に先だって不可欠であり、このため、測定時間が長くな
るという不都合があった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の有する不都合に
鑑みてなされたもので、その目的は、反射光強度データ
を事前に取り込み込むことなく、反射光強度信号のゲイ
ンを適切に設定することができるゲイン調整方法及びこ
れを用いたエッジ検出方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、試料面上を光ビームを走査して得られる前記試料面
からの反射光の強度信号のゲインを調整するゲイン調整
方法であって、前記光ビームの走査に先だって、前記光
ビームを走査する試料面の領域を撮像する第１工程と；
前記光ビームを発生する光源の光量を計測する第２工程
と；前記第１工程で得られた画像情報と前記第２工程で
得られた光量の計測値とを用いて前記強度信号のゲイン
を最適化する第３工程とを含む。

【００１０】これによれば、光ビームの走査に先だっ
て、光ビームを走査する試料面の領域を撮像し、光ビー
ムを発生する光源の光量を計測し、得られた画像情報と
光量の計測値とを用いて強度信号のゲインを最適化する
ことから、その後、実際に、試料面上を光ビームを走査
して反射光強度データを得る際には、試料面からの反射
光の強度信号は、ゲインが最適化された状態でＡ／Ｄ変
換器を介してコンピュータに取り込まれる。この場合、
ゲインの調整のための光ビームの走査が不要となる。こ
こで、ゲインの最適化に使用する画像情報としては、試
料面の反射率に関連する情報、例えば画像の輝度情報、
濃度情報、階調情報等がある。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のゲイン調整方法において、前記画像情報は階調情報を
含み、前記第３工程において前記階調情報に基づいて前
記試料面の反射率の最大、最小値を算出し、この反射率
の最大、最小値と前記光量の計測値とに基づいて前記強
度信号が最適範囲となるようにゲインを調整することを
特徴とする。これによれば、反射率の最大値、最小値と
光量とを用いて反射光強度（反射率と光量とに基づいて
定まる）の最大値、最小値を予測して反射光強度信号の
ゲインが調整されるので、実際の反射光強度データの取
り込みを事前に行なうこと無く、Ａ／Ｄ変換器の入力制
限範囲に対して充分なダイナミックレンジを持つように
反射光の強度信号のゲインを最適にかつ確実に設定する
ことができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、試料面に形成さ
れたパターンのエッジを検出するエッジ検出方法であっ
て、請求項１又は２に記載のゲイン調整方法を実行後、
前記試料面上のパターンを横切るように光ビームを走査
し、前記試料面からの反射光の強度信号を取り込み、前
記反射光の強度信号に基づいて前記パターンのエッジ位
置を検出することを特徴とする。これによれば、最適に
ゲイン調整がなされたＳ／Ｎ比の高い反射光の強度信号
を取り込み、この信号に基づいてパターンのエッジ位置
を検出するので、高精度なエッジ位置検出が可能とな
る。

【００１３】

【実施例】

《第１実施例》以下、本発明の第１実施例を図１ないし
図４に基づいて説明する。

【００１４】図１には、本発明に係るゲイン調整方法及
びエッジ検出方法を実施するためのエッジ検出装置１０
の構成が概略的に示されている。

【００１５】このエッジ検出装置１０は、試料面上を光
ビームを走査して得られる試料面からの反射光の強度変
化に基づいて試料面に形成されたパターンのエッジ位置
を検出するエッジ位置検出系と、試料面を撮像する撮像
光学系とを備えている。

【００１６】エッジ位置検出系は、レーザ等の光源１
２、集光レンズ１３、ビームスプリッタ１４、ミラー１
６、対物レンズ２０、ステージ２２、レーザ干渉計２
４、制御部２６、ＳＰＤ（Silicon Photo Diode ）等の
反射光検出器２８、オートゲインコントロール（ＡＧ
Ｃ）回路３０、Ａ／Ｄコンバータ３２、メモリ３４、主
制御装置３６、表示装置３８等を有している。

【００１７】ここで、このエッジ位置検出系の構成各部
についてその作用と共に説明すると、光源１２より出た
レーザ等の光束は不図示のビームエキスパンダにより拡
大された後、集光レンズ１３によりそのビーム径が絞ら
れ、ビームスプリッタ１４を透過して、ミラー１６で反
射され、後述する撮像光学系を構成するビームスプリッ
タ１８を透過して対物レンズ２０に入射し、対物レンズ
２０により集光されて当該対物レンズ２０の光軸上の位
置でステージ２２上に載置された試料としてのウエハＷ
の面上に結像する。

【００１８】ステージ２２は、図１の紙面に直交する水
平面内で２次元方向に移動可能になっており、このステ
ージ２２の位置がレーザ干渉計２４によって計測される
ようになっている。このレーザ干渉計２４の出力は、制
御部２６に入力されるようになっており、制御部２６で
はレーザ干渉計２４の出力をモニタしつつ不図示の駆動
系を介してステージ２２の位置制御を行なう。ステージ
２２を所定の走査方向に駆動することにより、ステージ
２２に載置されたウエハＷ面上の光ビーム（スポット光
等）の照射位置が移動し、光ビームがウエハＷ面上を走
査される。

【００１９】一方、ウエハＷで反射された反射光の光束
は、対物レンズ２０及び後述する撮像光学系を構成する
ビームスプリッタ１８を透過してミラー１６で反射さ
れ、さらにビームスプリッタ１４で反射され、反射光検
出器２８の受光面上に結象する。

【００２０】そして、反射光検出器２８によってこの反
射光が光電変換され、この光電変換信号はＡＧＣ回路３
０で後述するようにして最適にゲインコントロールがな
され（信号強度が適性化され）た後、Ａ／Ｄコンバータ
３２によりデジタル信号に変換され、レーザ干渉計２４
からの干渉計信号に同期してメモリ内３４に順次取り込
まれる。ここで。前述の如く、レーザ干渉計２４の出力
はステージ２２の位置制御にも用いられているので、デ
ータの取り込まれるメモリ３４の番地とウエハＷ上の結
像位置は一義的に決定される。即ち、メモリ３４内のあ
る番地と次の番地のデータの間隔は、干渉計パルスの間
隔に相当する。

【００２１】メモリ３４内に取り込まれたデータは、Ｃ
ＰＵ及びワークステーションから成る主制御装置３６で
処理され後述するようにしてエッジの位置が検出され、
ＣＲＴ、ＬＣＤ等から成る表示装置３８にそのエッジ位
置等のデータが表示される。なお、主制御装置３６では
検出したエッジ位置に基づいてパターンの線幅、あるい
はパターン間隔を算出するようにしておいても良い。パ
ターン列に対して直交する方向に沿って光ビームが走査
された場合には、隣接するエッジ位置の座標データの差
により、パターンの線幅、あるいはパターン間隔が算出
され、パターン列に対して所定角度α（α≠９０度）を
成す方向に沿って光ビームが走査された場合には、隣接
するエッジ位置の座標データと、所定角度αを用いた幾
何学的計算によりパターンの線幅、あるいはパターン間
隔が算出される。

【００２２】さらに、本実施例では光源１２には、パワ
ーモニタ４０が併設されており、光源１２からのレーザ
光等の光束は不図示のビームエキスパンダで拡大された
後、その光束の一部が不図示のビームスプリッタを介し
てパワーモニタ４０に入射し、パワーモニタ４０によっ
て光源１２の光量が検出されるようになっている。この
パワーモニタ４０の出力は、後述するオートゲインコン
トロールを行なう際等に主制御装置３６内のＣＰＵによ
って不図示の内部メモリに取り込まれる。なお、ＣＰＵ
の指令により、メモリ３４内にパワーモニタ４０の出力
を取り込むようにしても良い。

【００２３】前記撮像光学系は、ハロゲンランプ等の照
明用光源４２、照明光用光学系４４、ミラー４６、ビー
ムスプリッタ４８、ビームスプリッタ１８、対物レンズ
２０、照明光反射光用光学系５０、ＣＣＤカメラ５２、
Ａ／Ｄコンバータ５４、フレームメモリ５６、画像処理
部５８及びテレビジョン６０から構成される。

【００２４】ここで、この撮像光学系の構成各部につい
てその作用と共に説明すると、照明用光源４２より出た
ハロゲンランプ等の光束は、照明光用光学系４４を通過
し、ミラー４６で反射され、ビームスプリッタ４８、１
８で順次反射され、対物レンズ２０に入射し、ウエハＷ
上で対物レンズ２２の光軸上の点を中心とする一定半径
の円内の領域を照明する。前述の如く、ステージ２２
は、制御部２６によってレーザ干渉計２４の出力をモニ
タしつつ不図示の駆動系を介して駆動されることによっ
て位置制御が行われており、ステージ２２の移動により
ウエハＷ上の照明光の照射領域も移動する。

【００２５】ウエハＷ面で反射された照明光の反射光即
ちウエハＷの表面（パターン面）の照明領域内の像光束
は対物レンズ２０を通過し、ビームスプリッタ１８で反
射され、ビームスプリッタ４８を透過して照明光反射光
用光学系５０で拡大され、ウエハＷの面と共役な位置に
配置されたＣＣＤカメラ５２の受光面に結像する。この
画像がＣＣＤカメラ５２で画像情報（画像信号）に変換
され、Ａ／Ｄコンバータ５４でデジタル信号に変換さ
れ、フレームメモリ５６に取り込まれ、テレビジョン６
０に表示されると共に、画像処理部５８で後述する階調
データの最大値、最小値の算出等の画像処理が行なわれ
る。この画像処理部５８の画像処理データは、後述する
オートゲインコントロールの際等に主制御装置３６に取
り込まれる。

【００２６】図３（ａ）には図１の装置１０において、
ステージ２２が停止ししている時に、ウエハＷ面上の照
明光で照らされている領域の一例の平面図が示され、図
３（ｂ）にはその時にフレームメモリ５６に取り込まれ
ている画像データ（階調データ）を図で表したもの（例
えば、８ビットフレームメモリの場合、０を黒、２５５
を白として２次元画像とする）が示されている。図３
（ａ）、（ｂ）中のＦ点は光ビーム（スポット光等）の
照射位置である。光ビームは対物レンズ２０の光軸上の
点Ｆに結像されており、照明光の照明範囲は光ビームの
結像点Ｆを中心とする円領域である。照明光の反射光は
照明光反射光用光学系５０で拡大されＣＣＤカメラ５２
の受光面に結像しており、このときフレームメモリ５６
に取り込まれる範囲は図３（ａ）の点線で囲まれた範囲
である。なお、フレームメモリ５６に取り込まれるＣＣ
Ｄ上の画素はｍ×ｎ（例えばｍ＝６４０，ｎ＝４８０）
であり、ウエハＷ面上で、１画素当たりの長さがいくら
になるかはは予め判明しており、例えば主制御装置３６
内の内部メモリに内部パラメータとして格納されてい
る。

【００２７】図２には、図１のＡＧＣ回路３０の具体的
構成例が示されている。このＡＧＣ回路３０は、簡単に
言うと、後段のＡ／Ｄコンバータ３２で処理される信号
が、Ａ／Ｄコンバータ３２の入力制限範囲（例えば０〜
１０Ｖ）を越える箇所がなく、Ｓ／Ｎ比を上げるため
に、入力制限範囲に対して充分なダイナミックレンジを
持たせるように（例えば、入力される信号最小値が０Ｖ
になるべく近く、最大が１０Ｖになるべく近い値になる
ように）、電気的オフセットＶofs とゲインＧとを適切
に設定するためのものである。

【００２８】このＡＧＣ回路３０は、減算器３０Ａ、増
幅器３０Ｂ及びＤ／Ａコンバータ３０Ｃによって構成さ
れている。減算器３０Ａでは反射光検出器２８からの光
電変換信号（電圧信号）ＶinからＤ／Ａコンバータ３０
Ｃの出力である電気的オフセット（電圧信号）Ｖofs を
減じ、増幅器３０Ｂではこの減算器３０Ａの出力をゲイ
ンＧ倍した信号Ｖout をＡ／Ｄコンバータ３２に出力す
るようになっている。

【００２９】即ち、ＡＧＣ回路３０の出力値Ｖout と入
力値Ｖinの関係は、次式で表わせる。

【００３０】

【数１】Ｖout ＝Ｇ（Ｖin−Ｖofs ）

【００３１】上式において、Ｇ、Ｖofs の値は主制御装
置３６内ＣＰＵによる指令値である。

【００３２】次に、上述のようにして構成された装置１
０によるパターンのエッジ検出方法について、図４のパ
ターンを例にとって説明する。

【００３３】図４には測定を始める前（ステージ２２が
停止している）にフレームメモリ５６に取り込まれてい
る画像データを図で表したもの（例えば８ビットフレー
ムメモリの場合、０が黒（試料からの反射率０％）、２
５５が白（試料からの反射率１００％）の２次元画像）
が示されている。図４中のＳ１はステージ２２を走査方
向（図５における左方向）に駆動して光ビームを走査
（スキャン）して反射光データ（波形）を取り込む際、
スキャンを開始した時に光ビーム（スポット光）の集光
されている位置（即ち、対物レンズ２０の光軸上の
点）、Ｓ２は反射光データの取込み開始位置、Ｓ３はデ
ータ取込終了位置である。後述する実際の光ビームの走
査に際しては、Ｓ１からＳ２に光ビームの照射位置が移
動する間に、ステージ２２は停止状態から加速され、所
定の目標速度に達しており、以後Ｓ２からＳ３まで光ビ
ームの照射位置が移動する間は、ステージ２２はその目
標速度で等速で駆動されるようになっている。また、Ｓ
１とＳ２の距離は一定であり、予め内部パラメータ等と
して主制御装置３６の内部メモリに記憶されている。エ
ッジ検出は、以下の〜の手順で行なわれる。

【００３４】 制御部２６では主制御装置３６からの
指令に応じて図４のＳ１に光ビームが結像するように、
レーザ干渉計２４の出力をモニタしつつ不図示の駆動系
を介してステージ２２を駆動する。

【００３５】 次に、画像処理部５８では主制御装置
３６からの指令に応じて図５のＳ２とＳ３を結ぶ線上の
画素全てのフレームメモリ５６に取り込まれている値
（階長データ）を取り込み、その値の最大値Ｉmax 、最
小値Ｉmin を求める。

【００３６】なお、前述したように、ウエハＷ上で、１
画素当たりの長さがいくらになるかは予め判明してお
り、例えば主制御装置３６の内部メモリに内部パラメー
タとして格納されている。また、ウエハ面の反射率は、
材質がガラスやレジストであっても数％はある為、画素
の値（階調データ）が０になることは無い。

【００３７】 次に、主制御装置３６ではパワーモニ
タ４０の出力（レーザ等の光源１２の光量）を内部メモ
リに取り込む。この時の光量をＷとする。

【００３８】反射光検出器２８からの光電変換信号（反
射光の強度信号）Ｖinは、光量Ｗ及びウエハＷ面の反射
率に比例する。即ち、ウエハＷ面の反射率がＲの時、反
射光の強度信号Ｖinは、次式で表わせる。

【００３９】

【数２】Ｖin＝ＰＷ×Ｒ

【００４０】ここで、上式中の比例定数Ｐの値は予め判
明しており、例えば主制御装置３６の内部メモリに内部
パラメータとして格納されている。

【００４１】 次に、主制御装置３６では画像処理部
５８よりＩmax 、Ｉmin の値を取り込み、内部メモリに
格納する。

【００４２】 主制御装置３６内ＣＰＵではＩmax 、
Ｉmin 、Ｗ、Ｐに基づいて前述したＧ、Ｖofs の値を後
述するような演算により決定し、この決定したＶofs の
値をＡＧＣ回路３０内のＤ／Ａコンバータ３０Ｃに与え
て電気的オフセットを設定すると共に、決定したＧの値
をＡＧＣ回路３０内の増幅器３０Ｂに与えてゲインＧを
最適値に設定する。

【００４３】このＧ、Ｖofs の値の具体的計算方法を、
以下（ａ．〜ｃ．）で説明する。

【００４４】ａ． 図４のＳ２からＳ３までのウエハＷ
面上の反射率の最大値Ｒmax 、最小値Ｒmin を求める。
８ビットフレームメモリで、０が黒（試料からの反射率
０％）、２５５が白（試料からの反射率１００％）の場
合は、反射率の最大値Ｒmax 、最小値Ｒmin は、次式に
より求められる。

【００４５】

【数３】 Ｒmax ＝Ｉmax ／２５５ Ｒmin ＝Ｉmin ／２５５

【００４６】ｂ． 次に、図４のＳ２からＳ３までのＶ
inの最大値Ｖmax 、最小値Ｖmin を次式により求める。

【００４７】

【数４】 Ｖmax ＝ＰＷ×Ｒmax Ｖmin ＝ＰＷ×Ｒmin

【００４８】ｃ． Ａ／Ｄコンバータ３２の入力値には
制限（例えば０〜１０Ｖ）があり、制限内の一定の範囲
にＡＧＣ回路３０の出力Ｖout が入るように、Ｇ、Ｖof
s を設定する。前述のように、Ｖout ＝Ｇ（Ｖin−Ｖof
s ）なので、Ｖout がＶadminからＶadmax 範囲になる
ようにＡＧＣをかけるとすると、次式が成立するように
Ｇ、Ｖofs を設定する。

【００４９】

【数５】 Ｖadmax ＝Ｇ（Ｖmax −Ｖofs ） Ｖadmin ＝Ｇ（Ｖmin −Ｖofs ）

【００５０】 上記のようにして、主制御装置３６内
ＣＰＵによりＧ、Ｖofs が設定された後、制御部２６で
は、主制御装置３６からの指令に応じてレーザ干渉計２
４の出力をモニタしつつ不図示の駆動系を介してステ−
ジ２２を動かし、図４のＳ１よりＳ４まで光ビームを走
査する。

【００５１】 この光ビームの走査中に、主制御装置
３６では図４のＳ２よりＳ３までの反射光データをレー
ザ干渉計２４からの干渉計信号に同期してＡ／Ｄコンバ
ータ３２によりデジタル信号に変換し、メモリ３４内に
とりこむ。主制御装置３６内のＣＰＵでは、このメモリ
３４内に取り込まれたデータの波形処理を行ない、反射
光強度変化に基づいて図４のＳ２からＳ３の間にあるパ
ターンのエッジ位置を求める。この場合において、反射
光検出器２８からの反射光強度信号はＡＧＣ回路３０に
よりオートゲインコントロールがかけられ、ゲインが最
適化され、Ｓ／Ｎ比が高くされた状態でＡ／Ｄコンバー
タ３２に入力しているので、主制御装置３６内のＣＰＵ
によるエッジ検出は高精度に行なわれる。

【００５２】以上説明したように、本第１実施例による
と、エッジ検出のための光ビームの走査に先だって、パ
ターンを光学的に走査することなく、走査した場合の入
力信号強度を演算により求め（予測し）、ＡＧＣのため
のゲインＧ、オフセットＶofs を最適に設定することが
できるので、光ビームの走査回数を減少させることがで
き、その分測定時間を短縮することができる。

【００５３】《第２実施例》次に、本発明の第２実施例
を図５ないし図７に基づいて説明する。ここで、前述し
た第１実施例と同一の構成部分については同一の符号を
付すと共に、その説明を簡略にし、若しくは省略するも
のとする。

【００５４】図５には第２実施例に係るエッジ検出装置
７０の構成が示されている。このエッジ検出装置７０
は、前述した図１の装置１０において、光源１２から集
光レンズ１３に至る光路の途中に往復運動ミラー６２が
配置され、この往復運動ミラー６２の位置を計測するレ
ーザ干渉計６４が設けられ、このレーザ干渉計６４の出
力をモニタしつつ不図示の駆動系を介して往復運動ミラ
ー６２の位置制御を行なう制御部６６が設けられると共
に、レーザ干渉計２４及び制御部２６が省略されている
点に特徴を有する。

【００５５】この第２実施例のエッジ検出装置７０によ
ると、往復運動ミラー６２の上下動（往復動）により、
対物レンズ２０を介して光ビームがウエハＷ面上で走査
されるので、エッジ位置の検出時には、ステージ２２は
停止したままの状態で良い。また、レーザ干渉計６４か
らの干渉計信号は、Ａ／Ｄコンバータ３２にクロック信
号として与えられるようになっている。その他部分は第
１実施例と同一に構成され、同一の作用を奏する。

【００５６】図６（ａ）には図５の装置７０において、
ステージ２２が停止し、往復運動ミラー６２がスキャン
を行なっていない時に、ウエハＷの面上の照明光で照ら
されている領域の平面図が示され、同図（ｂ）にはその
時にフレームメモリ５６に取り込まれている画像を図で
表したもの（例えば、８ビットフレームメモリの場合、
０を黒、２５５を白として２次元画像とする）が示され
ている。

【００５７】図６（ａ）、（ｂ）において、Ｆ点は前述
した図３の場合と異なり、反射光データを取り込む場合
に、往復運動ミラー６２の駆動による光ビームの走査開
始時に光ビームが照射される位置を示す。照明光源４２
からの照明光の照明範囲は対物レンズ２０の光軸上の点
を中心とする円形領域であり、この円形領域内で光ビー
ムの走査による反射光データの効率の良い取り込みを行
なうためには、往復運動ミラー６２の駆動により光ビー
ムの走査を行なう本第２実施例の方式の場合は、対物レ
ンズ２０光軸上からレーザビームの走査方向と反対側に
所定距離だけ離れた位置から走査を開始することが望ま
しいので、走査開始時には、図６（ａ）、（ｂ）に示さ
れるように、対物レンズ２０の光軸上から任意の方向
（走査方向と反対側の方向であり、走査方向はオペレー
タが指示する）へ一定の距離（この値は一定であり、主
制御装置３６内の内部メモリに内部パラメータとして格
納されている）だけ離れたＦ点に結像されている。ま
た、照明光の反射光は第１実施例と同様に、照明光反射
光用光学系５０で拡大され、ＣＣＤカメラ５２の受光面
に結像しており、このときフレームメモリ５６に取り込
まれる範囲は図６（ａ）の点線で囲まれた範囲である。

【００５８】この第２実施例の装置７０で、パターン列
のエッジを検出する場合には、例えば、測定開始時（往
復運動ミラー６２が停止している）にフレームメモリ５
６に取り込まれている画像データが図７に示されるよう
なデータ（例えば８ビットフレームメモリの場合、０が
黒（試料からの反射率０％）、２５５が白（試料からの
反射率１００％）の２次元画像）である。）である場合
には、往復運動ミラー６２の駆動による走査開始に先立
ち、Ｓ２からＳ３までの全ての画素の階調データ、及び
パワーモニタ４０で検出された光源１２の光量に基づい
て第１実施例と同様にして、主制御装置３６内ＣＰＵに
よりＡＧＣ回路３０のオフセット、ゲインが最適に設定
され、この後、主制御装置３６からの指令により制御部
２６によって往復運動ミラー６２が駆動され、光ビーム
が図７のＳ１からＳ４を走査される間（但し、Ｓ２から
Ｓ３までの間は等速走査である）に、Ｓ２からＳ３まで
の反射光データが第１実施例と同様にしてメモリ３４内
に取り込まれ、主制御装置３６内ＣＰＵによって同様に
してエッジ位置が高精度に検出される。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反射光強度データを事前に取り込むことなく、反射光強
度信号のゲインを適切に設定することができ、これによ
り光ビームの走査回数を減少させることができるという
従来にない優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係るエッジ検出装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図２】図１のＡＧＣ回路の内部構成の一例を示すブロ
ック図である。

【図３】（ａ）は図１の装置において、ウエハＷ面上の
照明光で照らされている領域を示す平面図、（ｂ）はフ
レームメモリに取り込まれている画像を示す図である。

【図４】図１の装置によるゲイン調整方法及びエッジ検
出方法を説明するための図である。

【図５】第２実施例に係るエッジ検出装置の概略構成を
示すブロック図である。

【図６】（ａ）は図５の装置において、ウエハＷ面上の
照明光で照らされている領域を示す平面図、（ｂ）はフ
レームメモリに取り込まれている画像を示す図である。

【図７】図５の装置によるゲイン調整方法及びエッジ検
出方法を説明するための図である。

【図８】図８はパターンのエッジ位置とこれに対応する
反射光強度波形の一例を示す図である。

【符号の説明】

１０ エッジ検出装置 ２０ 対物レンズ ２２ ステージ ２８ 反射光検出器 ３０ ＡＧＣ回路 ３２ Ａ／Ｄコンバータ ３６ 主制御装置 ５２ ＣＣＤカメラ ５６ フレームメモリ ７０ エッジ検出装置 ５８ 画像処理部 Ｗ ウエハ（試料）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料面上を光ビームを走査して得られる
   前記試料面からの反射光の強度信号のゲインを調整する
   ゲイン調整方法であって、 前記光ビームの走査に先だって、 前記光ビームを走査する試料面の領域を撮像する第１工
   程と；前記光ビームを発生する光源の光量を計測する第
   ２工程と；前記第１工程で得られた画像情報と前記第２
   工程で得られた光量の計測値とを用いて前記強度信号の
   ゲインを最適化する第３工程とを含むゲイン調整方法。
2. 【請求項２】 前記画像情報は階調情報を含み、前記第
   ３工程において前記階調情報に基づいて前記試料面の反
   射率の最大、最小値を算出し、この反射率の最大、最小
   値と前記光量の計測値とに基づいて前記強度信号が最適
   範囲となるようにゲインを調整することを特徴とする請
   求項１に記載のゲイン調整方法。
3. 【請求項３】 試料面に形成されたパターンのエッジを
   検出するエッジ検出方法であって、 請求項１又は２に記載のゲイン調整方法を実行後、 前記試料面上のパターンを横切るように光ビームを走査
   し、前記試料面からの反射光の強度信号を取り込み、 前記反射光の強度信号に基づいて前記パターンのエッジ
   位置を検出するエッジ検出方法。