JPS6042606A - 光学的寸法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の要約 本発明は非常に細い線又は非常に小型の対象物の寸法を
一つの軸線方向又紘二つの軸線方向に沿って同時に測定
する装置に関連する。

（４） 本発明は、集積回路、即ちＩＣのウェハを構成する１０
０個にも及ぶダイスの正確な位置決めを行なう細い線幅
及び非常に精密な整合記号の正確かつ迅速な測定を必要
とする半導体工業にとって非常に有用である。

下記の本発明測定装置は電子式寸法測定方式を使用する
から親ねじを使用する装置その他の装置は不要である０
又、実際の長さ測定は非常に短時間で行われるから外部
振動による誤差発生の恐れがなく、又完全な顕微鏡ステ
ージ安定を待つことなく各測定点ごとに迅速なデータ集
積が得られる。別の特徴は試料の方位変更を行うことな
く、非常に接近して配置された直角方向の両記号をＸ軸
とＹ軸に沿って迅速に測定できること、及び他の二次元
記号の測定が可能なことである。

約言すれば本発明装置は、可動ステージ上に取付けられ
、かつ記号は測定すべき線を含む試料上に光線を集束す
る光学的対物レンズを含んでいる。試料の像はビームス
プリッタで遮断され、このビームスプリッタは光エネル
ギーの一部をＸ方向に整列された第１光センサアセンブ
リに反射し、残りのエネルギーをＹ方向に整列された複
数の光センサを有する類似の第２光センサアセンブリに
送られる０とれらの光センサは好適には、連続出力を発
生する一体電子回路を有する市販装置で、この出力は外
部バッファ、ん巾変換器、更にデジタルデータプロセサ
に送られ、このプロセサは入力データを出力信号に変挨
し、この信号はプリンタで表示されるか、又は所望に応
じて次の処理回路又は処理装置に使用される。

振動又は発生の恐れのある顕微鏡ステージ運動の影響を
防止して測定値を１凍結”する目的で、試料は高強度の
短時間アークランプで発生される白色光で照明される。

この白色光は全色を含んでいるから所望に応じて選択的
にＰ光できるＯ ｕｍ＊ｍ　Ｊへ脱貝 図示の好適実施例は光学顕微鏡に含まれる対面に光線を
集束する０前Ｐのように試料１２は測定を必要とする表
面特性を有する任意の対象物でよく、又精密な整合を必
要とするＩＣ（集積回路）ダイス及び整合記号を有する
半導体ウェハでもよい。

適尚な照明を行なうため９本発明の好適実施例では試料
は高強度のキセノンアークラン夛〜どで照明され、この
ランプはコンデンサ放電によって電気エネルギーが供給
されて約１５マイクロ秒間強力な白色光を発生する。こ
のランプ出カバレンズ１８．ビームスプリッタ２０に投
射され対物レンズ１０によって試料１２の表面に集束さ
れる。短時間高強度の白色光を発射するキセノンアーク
ランプを使用することによって装置のウオームアツプ時
間は短いから試料表面に発熱が起こらず、所望の着色光
線がフィルタによって得られ、又同様に重要なことは内
部及び外部の振動源による振動が測定間に１凍結（７） 試料表面の照明像は照明用ビームスプリッタ２０に投射
され、第２ビームスプリツタ２２によって部分的に焦点
に反射され、この焦点には十字線のような指標２４が配
置される０観測者用接眼レンズ２６もこの指標上に集束
されるから観測者は試料表面の像を観察してステージ１
４を適当に調整できる。

第２ビームスプリツタ２２を通った像ビー、ムは次に第
３ビームスプリツタ２８によってビーム３０と３２に分
割され、これらのビームはそれぞれ光検出センサアセン
ブリ３４と３６の検出表面に集束される０センサアセン
ブリ３６は図面では垂直方向配置に示されているがこれ
らム３０の全幅を検出して記録し、又アセンブリ３６は
Ｙ方向の集束像ビーム３２の全幅を検出して記録する０
これらのセンサアセンブリ３４．３６は好適にはアセン
ブリの長手方向に整列された同一型式の５１２電極の光
センサを含む。

各光センサは同一型式で同一間隔離れて配置されるから
、線状の少数センサに投射される照明は周囲と異なる出
力信号を発生するセ／すの数を決定することによって非
常に精密に測定できる０ 上記の本発明の好適実施例では、センサアセンブリ３４
と３６は市販のリニヤダイオードアレーチップで０例え
ばＥ、、Ｅ、ｉ＆　Ｇ、　Ｒｅｔｉｃｏｎ社で製造され
ている。好適にはこれらのセンサアセンブリは市販の電
荷結合素子（ＣＯＤ　’）　、例えばＦａ−ｉｒｃｈｉ
ｌｄ社製又は日立製でよい０アセンブリ内の各チップは
５１２電極、即ち５１２個の画素の照明強度の度合を検
出し、この各チップはそれぞれ所要のアナログマルチプ
レクサ、バッファ及びサンプル−保持回路を含み、又そ
れぞれ入力ゲート信号に応答して一連の出力信号列を発
生する。勿論、添付図面では各センサアセンブリ３４□
と３６は縦軸と横軸に沿って独立して調整できる。この
ため操作者は必要に応じてセンサボ−ドを微調整し、ビ
ーム３０．３２をボードの中心近くに集束することがで
き、比較的大型の信号列の測定間に偶発的に起こるいわ
ゆる１オーバーボード”が発生しない。アレー内の異な
る数の光センナに応じてチップを適応させる調整も行な
われる。

Ｘ方向センサアセンブリ３４の出力はバッファ３８を通
してん小麦換器４０に送られ、この変換器は各アナログ
出力信号を対応デジタル信号に変換する。同様に、Ｙ方
向センサアセンブリ、即ちＹ方向センサボード３６の出
力はバッファ４２を通して変換器４４に送られる０変換
器４０と４４のデジタル出力信号はデータプロセサ４６
に印加され、このプロセサは次の制御回路に送る信号を
発生するか、又は測定寸法の印字出力を発生する。もし
測定間に非常に大き１い倍率が必要な場合には、測定す
べき記号の縁部をバックグラウンドの不規則性と正確に
区別することが極めて困難で、これらの記号縁部は単に
帯状の累進的光強度として現われるであろう。このよう
な場合には、米国特許第４．３７３．８１７号（１９８
３年２月１５８１付）Ｋ記載されている型式のデータプ
ロセサ４６を使用でき、このプロセサによる測定ではス
テージ上の定位置に試料がない場合でもメモリにバック
グラウンドの不規則性、即ち１ノイズが記録される。従
ってこの光学系のバックグラウンド１ノイズを記録した
後定位置の試料について第２測定を行ない、データプロ
セサで２測定を比較するととＫよって試料自体の正確な
測定が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学的寸法測定装置の好適実施例の線
図である。 １０・・・対物レンズ、　１２・・・試料、　１４・・
・顕微鏡ステージ、　１６・・・キセノンアークランプ
、２０，２２．２８・・・ビームスプリッタ、２４・・
・指標、２６・・・観察者用接眼レンズ、３４．３６・
・・光センサアセンブリ、３８．４２・・・バッファ、
４０．４４・・・ん小麦換器、　４６・・・データプロ
セサ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、小型対象物の表面上の寸法を測定する光学的寸法測
   定装置で： 多数の整列した同一かつ独立の光センサを含むセンサア
   センブリ；上記の整列した光センサ上に対象物の像を集
   束する集束用レンズを含み、核体から送られる光エネル
   ギーに曝露された光センサ内に出力信号変化を発生する
   光学装置；及び 上記センサアセンブリに連結され、かつ光センサの出力
   に応答して上記対象物の像から送られる光エネルギーに
   曝露された連続的光センサの数を測定する装置。 を含む光学的寸法測定装置。 ２６　小型対象物の第１及び第２方向の寸法を同時に測
   定する光学的寸法測定装置で： 縦軸に沿って整列した多数の同一かつ独立の光センサを
   それぞれ含む第１及び第２センサアセンブリで、該第１
   及び第２センサアセンブリはそれぞれその縦軸が対象物
   の第１及び第２方向の寸法と事実上平行になるように配
   置された第１及び第２センサアセンブリ； 上記各第１及び第２センサアセンブリ内の光センサに対
   象物の像を集束する集束用レンズを含み、核体から送ら
   れる光エネルギーを受けた各センサアセンブリ内にこれ
   らの光センサ内の出力信号変化を発生する光学装Ｒ：及
   び上記各第１及び第２センサアセンブリに連結され、か
   つ各光センサの出力に応答して上記対象物の像から送ら
   れる光エネルギーを受ける各センサアセンブリ内の連続
   的光センサの数を測定する光学装置。 を含む光学的寸法測定装置。 ３、上記第２項記載の装置で、光学装置が対象物から送
   られる像ビームを分割してこれを第１及び第２センサア
   センブリに投射する第１ビームスプリツタを含む光学的
   寸法測定装置。 ４、上記第３項記載の装置で、第１及び第２センサアセ
   ンブリの位置が調整できる光学的寸法測定装置。 ５、上記第４項記載の装置で、第１及び第２センサアセ
   ンブリがそれぞれ、連続的信号を発生する線状ホトダイ
   オードアレーである光学的寸法測定装置。 ６、上記第４項記載の装置で、第１及び第２センサアセ
   ンブリが電荷結合素子である光学的寸法測定装置。 ７、　上記第４項記載の装置で、光センサから送られる
   出力信号が対応デジタル信号に変換されてデータプロセ
   サに印加され、対象物の第１及び第２方向寸法の出力表
   示を発生する光学的寸法測定装置。 ８、上記第４項記載の装置で、光学装置が、対象物と第
   １ビームスプリツタとの間の像ビーム内に配置された第
   ２ビームスプリツタを含み。 照明用ビームを対象物に反射する光学的寸法測定装置。 ９、上記第８項記載の装置で、照明用ビームが高強度照
   明源で発生される光学的寸法測定装置。 １０、上記第９項記載の装置で、高強度照明源が高強度
   キセノンアークランプである光学的寸法測定装置。 １１、上記第８項記載の装置で、光学装置が、第１及び
   第２ビームスプリッタ間に配置された第３ビームスプリ
   ツタを含みｅ　該Ｍ　３　ヒ−Ａ　スフリッタが像ビー
   ムの一部を接眼レンズに反射する光学的寸法測定装置。 １２、対象物９表面の寸法を測定する光学的寸法測定装
   置で： 平行に隣接した多数の光センサを含むセンサアセンブリ
   ； 対象物を照明する位置に配置された短時間照明源； 該照明対象物の像を光センサ上に集束する集束レンズを
   含み、核体は核体から受取った光エネルギーに比例した
   出力信号変化を各光センサ内に発生する光学装置；及び 上記センサアセンブリに結合され、かつ多数の光センサ
   の信号出力に応答して、上記対象物の像から送られる光
   エネルギーに曝露された連続的光センナの数を測定する
   装置。 を含む光学的寸法測定装置。 １３、上記第１２項記載の装置で、光学装置が。 第１及び第２直交像ビームを投射する装置を含み、又セ
   ンサアセンブリが、直交平面内に平行かつ隣接した多数
   の第１及び第２センサを含み、上記直交平面はそれぞれ
   第１及び第２像ビームに直角でかつこれらのビームの焦
   点にある光学的寸法測定装置。 １４、上記第１２項記載の装置で、照明源が対象物照明
   光を選択的にｆ波できる白色光出力を発生する光学的寸
   法測定装置。