JPS6314426A - 表面輪郭決定装置 - 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】 本発明は半導体ウェーハ等のような試料上の表面図形（
パターン）を走査するための装置に関し、特にそのよう
な試料の断面輪郭を正確に知るための装置に関する。

半導体ウェーハ等の検査する場合表面図形の欠陥を検知
するために、顕微鏡、光学、音響学および電子走査の型
式の種々の形を利用する様々な方法が用いられてきた。

光学的結像系においては、一般にＴＶカメラに似た装置
が用いられているが、そこでは電磁放射線がウェーハ上
の比較的大きな点から反射され、光学系および結像カメ
ラを通して処理されて多重光度の像を与え、これがデジ
タルまたはアナログ装置のいずれかによって、ＣＲＴの
ような適当な出力装置の上に再生することができる。

半導体ウェーハの検査は、典型的には、製造工程が正し
く遂行されたかどうか決定するために、或る種の処理欠
陥を検知するかライン幅の測定を行うことができる装置
を与えろ。検知され、正確に測定されなければならない
寸法の公差限界はミクロンまたはそれ以下の領域である
から、顕微鏡による結像系は一般に高度の結像分解能を
必要とする。

従来技術の或るウェーハ検査装置では、極く狭い焦点深
度の光学系を介してレーザ・ビームが集中される。その
時、半導体ウェーハの上面にぞってレーザ・ビームを走
査することによって、図形化されたラインまたはウェー
ハ上の図形を、ラインの縁から出る散乱光を測定するこ
とにより縁を示す特殊検知装置を用いて、測定すること
ができる。反射像が少し焦点を外れた時にそれを認識し
て、ウェーハの反射された表面を正しい焦点に継続して
保つように、ウェーハと光学系の間隔を（いずれか一方
を他方に対して移動させて）調整することにより、変化
する表面高さに追従するように、従来型式のウェーハ走
査装置でビーム焦点高さを調整することができることは
広く認識されている。そのような走査装置を記載する従
来技術の特許にはヨシカワ他の米国特許第４，５０５，
５８５号およびカーク（に１ｒｋ）他の米国デフエンシ
ブ・パブリケーション（Ｄｅｆｅｎｓｉｖｅ　Ｐｕｂｌ
ｉｃａｔｉｏｎ）　Ｔ第１０２．１０４号が含まれる。

本発明によれば、半導体ウェーハ表面上の或る区域内で
断面輪郭を系統的に得るための装置が与えられる。この
輪郭により与えられる情報を後で効果的に利用して在来
技術の装置により得られるよりも概して高い精度で従来
の図形ライン幅測定を行うことができる。また必要な関
連情報の全てを与えるような選択された高さのみにおい
てウェーハの全域を急速に走査して、処理時間および所
要のデジタル記憶容量を減じることができるように、特
定ウェーハ区域を走査すべき具体的高さを決定するのに
必要な情報をこの輪郭が与える。

本発明の装置によれば、ウェーハ表面上の小さな点の上
に鋭く画成されたビームを投射し、焦面またはその近く
において反射性表面を指示する反射ビームの計測可能の
特性に関し、反射された点の像を検知するために光学的
結像系が与えられる。

光学的結像系およびウェーハはウェーハの平面にほぼ平
行な面内で相対的に移動されるので、反射される点はウ
ェーハの一部分または或る区域を横切るラインを走査し
、その走査ラインにそう複数の極く！接装置された位置
における測定可能の特性を表す信号を記録し記憶する装
置が与えられる。

複数の走査がウェーハの関連表面細部を完全に通過し終
るまで、一つの走査ラインにそう一通過（バス）毎にウ
ェーハおよび結像系を近付けまたは遠ざけるように動か
すことによって結像系の焦点高さを順々に変える。そし
てその走査ラインにそう各個の記録位置について、表面
指示を最も特徴づける信号（例えば最大反射光度の信号
）が得られた時の系の焦点高さが決定される。走査ライ
ンにそう密接隔置された位置の各々においてこのように
決定された焦点高さの連続的な蓄積がその走査ラインに
そうウェーハ表面の断面輪郭を表１“。

図形のライン幅測定を直接に行うのにこの表面輪郭情報
を利用し１ｑる。または、ウェーハ上の特定の部分また
は区域にわたるあとの走査中に光学系を自動焦点合せす
る必要のある特定の表面高さを選択するのにこの情報を
用いることができる。

これにより、選択されたウェー八区域を徹底的に走査し
て３次元像を形成することができる。

第１図に図示され、本出願人により出願中の、１９８５
年４月１９日出願米国特許出願番号第７２５．０８２号
「半導体ウェー八走査体系」により具体的に記載されて
しζるようなウェーハ走査装置によって、本発明の輪郭
付は方法を実施できる。前記出願内容を本出願で引用し
ているが、詳しくは前記出願を参照されたい。

第１図は本発明の機械装置を説明的に図解し、本発明の
回路をブロック図形式で示すが、同図面を参照すると、
半導体ウェーハＷ上の小さな点上にレーザ光源（４０）
からの鋭く画成されたビームを集中させるための光学モ
ジュール（２０）が設けられている。この光学モジュー
ルはデータ情報信号により制御され該信号をコンピュー
タ系（２２）に与える共焦点の光学結像系を含む。像デ
ィスプレー・モニター（２４ａ）（走査全域の「スーパ
ーフォーカス」像がディスプレーされる）およびグラフ
ィック・ビデオ・ディスプレー・ユニット（２４ｂ）　
　（輪郭、グラフおよびヒストグラムがディスプレーさ
れる）を含む種々のディスプレー・ユニットにコンピュ
ータが情報を出力する。この体系により検査されるべき
半導体ウェーハＷの表面は光学結像系の下方にあり、投
射ビームにほぼ垂直な平面内に延在する。ウェーハは、
それぞれ×およびｙステージによってＸおよびｙの直交
方向に、またＸ方向に動くように整合された振動走査機
構（４Ｂ）によって、この平面内で動かされるように配
置される。コンピュータ系（２２）からの適切な信号の
制御の下で、Ｘおよびｙステージは従来のモータ制御回
路（３６）によって駆動される。２方向、すなわちレー
ザ光源（４０）から投射された光ビームにほぼ平行な方
向への運動は焦点制御機構（２８）により行われる。該
機構は光学系の焦面を変えるために８ｉ　＜小さな垂直
方向距離にわたって対物レンズ（２６）　（光学系の最
終素子）を変位させる。焦点側ｔ１１ｍ構はレンズ（２
６）を上下に変位させるために、従来の制御回路（３８
）からの焦点制御信号を介して前記コンピュータ系によ
って作動される。レーザ光源（４０）からのビームは極
く狭い焦点深度をもって鋭く集中され、焦面にあるウェ
ーハＷ（もしあれば）の表面から反射されて光学系を通
してフォトディテクタ（４２）に戻るようにされている
。フォトディテクタ（４２）からの信号は制御回路（４
４）によって抽出されデジタル化されてコンピュータ系
（２２）に伝達され、ウエーハＷの表面上の投射点から
受けとる反射光の光度を表す。このデジタル信号は焦点
高さＺの関数として、またｘ−ｙ平面における密接隔置
された個別位置の関数として与えられる。この光学系は
焦点深度が極く狭いので、焦面が下方の反射面に一致す
る際に反射光度はピークを示し、ウェー八表面が焦面か
ら外れるにつれて急激に低下する。

よって任意のある面内（ｘ、ｙ）位置におけるウエーハ
の高さは反射光の光度を表す最大出力信号を得るように
焦点制御機構（２８）を作動させることにより容易に検
知することができる。本発明はこの基本原理に基づいて
いる。コンピュータ系（２２）はビームのウェーハ上の
Ｘ％ｙ位置およびビームの焦面の２高さ位置の双方を追
跡し、走査されるウェーハの部分の３次元出力表示を与
えるために、前記情報をフォトディテクタ（４２）から
の光度信号と調整する。

前述のようにウェーハＷはＸおよびｙステージ（３４，
３２）によって水平面内を移動するが、両ステージはコ
ンピュータ系（２２）の監視の下でＸ１ｙステージ・モ
ータ制御回路（３６）によって制御される。

ステージ（３２，３４］はミクロン未満の分解能と制度
の光学位置エンコーダを設けられた従来の精密移動テー
ブルを含む。モータ制御回路（３６）も本質的には従来
通りのもので、ステージを動かす駆動信号を与え、任意
の瞬間におけるウェーハの位置を正確に監視するように
位置エンコーダからの信号を受信し処理するためのＡ／
Ｄ回路を含む。Ｚ＠焦点制御回路（３８）は焦点制御機
構（２８）への出力電圧を与え、該機構は、本実施例で
は、垂直面内で膨張または収縮し、かかった電圧に応答
して対物レンズ（２６）の相対垂直位置を変える圧電結
晶体を含む。

全体系の制■回路（４４）は増幅器（４５）を通してフ
ォトディテクタ（４２）から連続の入力光度信号を受け
、このデータをスキャナ（４６）の位置情報に同期させ
るようになっている。制御回路（４４）はまた増幅器（
４７）を通して撮動走査機構（４６）に走査駆動信号（
正弦波形）を出力する働きをもつ。走査機構（４６）は
ウェーハを迅速にＸ方向に振動させる。ステージまたは
リニヤ−トランスレータ（直線移動器）　（３２）は、
ウェーハの或る高さにおいて２次元平面走査を与えたい
時に、Ｘ方向への撮動走査運動中に同時にＸ方向にウェ
ーハＷをゆっくり動かずようにすることもできる。複数
高さにおける走査によって３次元の走査が得られる。ウ
ェーハ上の全域（またはサイト）のこのような３次元走
査は前記出願中の米国特許願第７２５，０８２号に詳細
に説明されている。後により詳細に説明するように、本
発明の基本輪郭付は方法では、スキャナ（４６）をＸ方
向にのみ動かしてウェーハ上の同一ライン上で反復数の
走査を行う間に各個の走査の侵に焦点制ｉｌ１機梠（２
８）を介してレンズ（２６）の高さを単イ立距離ずつ変
える必要がある。

制御回路（４４）において、走査騒動電圧がライン走査
波形メモリ回路（４８）からデジタルで与えられること
、またＤ／Ａコンバータ（４９）が増幅器（４７）によ
る適切な増幅のためにデジタル信号をアナログ信号に変
換することが判る。メモリ（４８）は走査制御・同期回
路（５０）によってアドレスされる。フォトディテクタ
（４２）から送られろアナログ信号はＡ／Ｄコンバータ
（５１）によってデジタル信号に変換される。ウェーハ
Ｗを担持する走査機構（４６）はウェーハＷが走査され
るにつれ変化する直線速度にて動くから、記録されるデ
ジタル信号情報がウエーハ上の走査ラインにそってほぼ
均等に隔置される位置に対応するように７オトデイテク
タのデジタル信号のタイミングが調整されて、出力装冒
（２４ａ、　２４ｂ）にウェーハのひずみ無し象を発生
し得るようになっている。この目的を達成するために、
抽出試料間のタイミングを調整するようにライン走査ひ
ずみメモリ（５２）が設けられる。メモリ（５２）から
のタイミング情報はビクセル（ｐｉｘｅｌ）タイミング
・シンクロナイジング（同期）回路（５３）に利用され
、該回路は、適切な回数でデジタル入力信号を受入れて
記憶するライン走査ビクセル・メモリ（５４）を制御す
る。（゛フォトディテクタからの）各抽出信号はウェー
ハ上の極く小さな単位区域の一表示であるビクセルに対
応し、その時点の抽出信号はその単位区域からの反射光
の測定値となる。

制御回路（４４）のざらに詳細かつ完全な記載について
は、前記米国特許出願番号第７２５，０８２号を参照さ
れたい。

半導体ウェーハ走査系を構成する機械構造は第２図乃至
第５図に示されている。先ず第２図を参照すると、ウェ
ーハ駆動装置および光学系の全体は大形の定盤（６０）
の上に載せられて配置され、定盤（６０）はその四隅を
支持する４個のピストン・シリンダ型空気ばね（６２）
により隔置されてテーブル（６１）の上に据えつけられ
る。垂直変位自在の焦点制御機構（２８）を含む光学モ
ジュール（２０）を支持するために、定盤（６０）の上
方に総枠欄造（６４）が立つている。

焦点制御機構の細部は第２図、第４図および第５図によ
く示されている。前部上面が開口し、後面（第５図）が
枠構造（６４）の垂直面にある軌条（７３）の中を滑動
するようにされたケージ（７２）の中に、可動対物レン
ズ（２６）が取付けられているのが見られる。ケージ（
１２）の片側に支持ブラケット（７０）が取付けられて
外方に突き出し、枠（６４）の主要垂直部分に固定され
た支持ブラケット（６８）の上面に係合するようにされ
ている親ねじ（６７）を突出させて有するＤＣサーボモ
ータ（６６）を支持ブラケット（７０）が支持する。（
第２図から）モーフ組立体（６６）の中でねじ（６７）
が回ると、対物レンズ（２６）を下方のウェーハ支持組
立体に対して上げ下げするように働くことが判る。この
レンズの運動はつニー八表面に対する光学系のおよその
整合、すなわちウェーハＷの表面が光学系の基本焦点範
囲に入るように光学系を動かすためだけに設けられろ。

後に説明するように、この大まかなＷＪきは先ず光学系
の焦面をウェーハの上面の近くの上方に入れて、そのあ
と、レーザ（４ｏ）からのビームがウェーハを横切って
走査されるに従って順次、レンズ（２６）をウェーハに
近い方に動かすことができるようにする。モータ（６６
）を用いてレンズ（２６）を下にあるウェーハ支持梅漬
のずっと上方に持上げることは、ウェーハＷの装填、取
外しを容易にもする。

対物レンズ（２６）の精密焦点合せくすなわち精密垂直
調整）はほぼ円筒形の圧電結晶体（７６）　（第４図お
よび第５図）によって行われるもので、レンズ（２６）
の取付枠の上端がねじ込まれる中央ハブ（７５）を有す
る上方環状支持部材（７４）とり−ジ（７２）の基部の
間に圧電結晶体（７６）が取付けられる（第４図）。電
気リード線（７７）　（第５図）への電圧を変えること
によって、結晶体（７６）は矢印（第４図）の方向に軸
方向に収縮または膨張し、ひいては下方のウェーハに対
して対物レンズ（２６）を下げたり上げたりする。結晶
体（７６）に異なる電圧をかけている間のレンズ（２６
）の動きはミクロン未満の範囲（例えば００１ミクロン
皇位）であるから、つニー凸面の表面高さの比較的小さ
な相ｊｉを区別できることが判るであろう。

平面（つまりｘ−ｙ）駆８装置は第３図の分解図で良く
示されている。図面から明らかなように、Ｘおよびｙ駆
動装胃、つまり各ステージ（３４，３２）は従来の精密
移動テーブルを含み、該テーブルは、本・実施例では直
線行程的６〜８　ｉｎ　（１５，２〜２０．３ｃｍ）を
有するように設３４されている。これら各テーブルは、
スライド・ブロック（８０）に取付けられたナツトにね
じ結合する親ねじ（図示せず）によって溝形枠（８３）
の中でスライド・ブロック（８０）を駆動する働きをす
る駆動モータ（８２）を含む。図示されてないが、装置
の作動中に光学系からの反射光測定値に対して任意の時
点におけるｘ−ｙ面内のウエーハの精密位置を相関させ
、制御することができるように、継続的な位置信号をコ
ンピュータ（２２）にフィードバックする働きをする、
ミクロン未満の分解能および蹟度を有する光学的位置エ
ンコーダを、各移動テーブル内に設けることは明らかで
あろう。上方、つまりｙステージ移動（３２）のスライ
ド・ブロック（８０）の上面に下方傾斜１（８４）が取
付けられ、それに板ばね（８８）によって中央傾斜板（
８６）が取付けられる。仮ばねは２つの傾斜板の隣接す
る隔置端に堅固にボルト止めされる。板ばね（８８）取
付は端とは反対側の傾斜板（８６）の端に傾斜調整ねじ
（８７）がねじ込まれて下方傾斜板（８４）の上面に接
触し、そのため、ねじ（８７）の調整によって中央傾斜
板（従ってその上方に支持される構造）をＸ軸の回りに
傾けることができる。同様に、中央傾斜板（８６）に対
して隔置関係に上方傾斜板（９０）が両頭斜板の復縁に
ボルト止めされる根ばね（９２）によって取付けられ、
傾斜板（９０）の前縁を通して傾斜調整ねじ（９１）が
ねじ込まれて傾斜板（８６）の上面に接していて、傾斜
板（９０）をｙ軸の回りに回して調整するようになって
いる。初めに装置を設定し、後でそれを点検する際、上
方傾斜板（９０）の表面が、上方の光学系（２０）から
の光ビームの進路にＭ密に垂直でありかつ完全に水平な
平面の中にあることを保証Ｊるように、傾斜調整ねじ（
８７，９１１を正しり調整することが大切である。

ウェーハＷをＸ軸方向に迅速に振動させる撮動スキャナ
機構（４Ｇ）を第３図に詳細に示す。明らかなように、
スキャナ機構（４６）は、駆動バー（７８）を撮動運動
させるように支持する１対の板ばね（１２０ａ、　１２
０ｂ）と１対の張力調整板ばね（１２１ａ。

１２１ｂ）を含む矩形構造を有する。ばねは、各々の端
が４個のコーナーブロック（１２２）にしつかりボルト
止めされて取付けられることにより、矩形構造内に配置
される。中実の駆動バー（７８）が撮動用板ばね（１２
０ａ、　１２０ｂ）の各々の中間点にしつかり取付けら
れてその間に延在する。駆動バー（７８）の上には、そ
の平らな上面にウェーハＷをしつかり保持するために真
空が供給される真空チ１７ツク（８つ）（第２図参照）
が配置される。駆動バー（７３１の後方に突き出る端（
７８ａ）にコイル（７９）が取付けられ、それに増幅器
（４７１（第１図）を介して制御回路（４４）から駆動
電流が供給される。複数の固定磁石（ｉｏｉ）が隔置さ
れた直立の取付ブロック（１００）の、Ｌに取付けられ
、その間にコイル（７つ）がＮｄ　’ＣＩされてスキャ
ナの電磁駆動装置を完成するようになっている。第３図
に示すように、取付プロツり（１００１は上方傾斜板（
９０）の延長部上に１ｉｉｌ！置され取付けられており
、コイル（７９）を駆動回路に接続するための端子（１
０Ｔａ）の取付は部にもなる。スキャナ（４６）を上方
傾斜板（９０）に堅固に固定するために、Ｕ字形取付ブ
ロック（１２４）が取付板（１２８）を介して張力ばね
（１２１ａ、　１２１ｂ）の各々の中間点にボルト止め
される。取付板（１２８）の各々は止めねじ（１２７）
を受承するねじ孔を中心に有する。各止めねじは連合す
るＵ字形取付ブロック（１２４）の中の通路を通して自
由に延在する。面接ブロック（１２５）が上方傾斜板（
９０）の上面に固定されて止めねじ（１２７）が衝接す
る表面を与える。各取付ブロック（１２４）はボルト（
１２６１によって上方傾斜板（９０）の上面にも固定さ
れる。ボルト（１２６）はブロック（１２４）を通って
延在するみぞに受承されて、ボルトをゆるめるとブロッ
クがスキャナに対して横方向に移動し得るようになって
いる。よって、ボルト（１２６）を充分に締める前は、
取付ブロック（１２４］は衝接ブロック（１２５）の横
面上を自由に滑動し、それにより張力ばね（１２１ａ、
　１２２ｂ）を最も内方の位置から外方に曲げることを
可能にする。これは系の機械的共振周波数を所要の何に
調整するように、板ばね（１２０ａ、’、２０ｂｌに正
しい張力をかけるために行われる。この機械的共振周波
数は系の作動または駆動周波数よりも僅かに高い値に設
定すべきである。それは系のエネルギ効率が良くて、し
かも振動駆動周波数が共振点を通って制御の喪失および
構造損傷を生ずることが無いようにするためである。衝
接ブロック（１２５）の外方に板（１２Ｂ）を動かすよ
うに止めねじ（１２７）を回すことにより、張力ばね（
１２１ａ、　１２Ｔｂ）は外方に曲がってばね（１２０
ａ、　１２０ｂ）上に軸方向の引張り力を及ぼす。

各張力ばね（１２１ａ、　１２１ｂ）はその連合する止
めねじ（１２７）により別々に調整されることができる
から、ばね支持系の各側に別々の調整を行って、ばね系
構成の全ての非対称を補償し、完全に対称的な駆動配置
を達成づるように保証することができる。

コイル（７９）に交流電圧をかけると、その周波数でＸ
軸方向に前後に、つまり矢印（１１０）（第３図）の対
向方向に駆動バー（７Ｂ　）　ａ３よびそれに支持され
るウェーハＷを変位させ、それにより支持ばね（１２０
ａ、　１２０ｂ）も曲げられる。このウェーハ上のＸ軸
にそう系の走査ライン幅を構成する横方向呆動は代表的
な全行程約２１１ＩＩｌｌに設定される。

コンピュータ系（２２）が前記機械的および光学的装置
の作動を制御するためのプログラミングは第６図にフロ
ーチャート形式で示される。いったんウェーハＷが適当
に真空チャック（８９）の上に配置されると、基本ｘ−
ｙ平面駆動機構（３４，３２１を用いてウェーハを光学
結像系（２０）の下方の位置に持ってくることができ、
そこでレーザ（４０）からのビームはウェーハ上の特定
サイトに重なる。典型的な半導体ウェーハ検査作業では
、時間的制約があるので、ウェーハ全域を走査すること
よりもむしろ、選択された複数の小さな区域、つまりサ
イト（例えば４個所）だけを検査するのが慣例である。

いったんウェーハがコンピュータ（２２）からの信号の
指令の下でｘ−ｙステージ・モータ制御回路（３６）に
よって、最初の選択されたウェーハ検査サイトの中の開
始のｘ１ｙ位置を光学結像系（２ｏ）がらのビームの下
に位置決めするように勅がされた後で、焦点制御Ｉ１機
構（２８）を作動して焦点高さを焦面ｚ１にもってくる
。焦面Ｚ１は、たとえウェーハが厚さを多少変えても、
また完全に水平な平面内に存在しなくても、ウェーハの
最高表面の高さよりも常に上方にくるように選ばれる（
第８図の最上間参照）。つぎにウェーハ上の１本のライ
ン（Ｘ方向）にそうＺ（垂直）輪郭を求めてディスプレ
ーするためのサブルーチンＶ　（ｚ）を実行する。

このサブルーチンの詳細を第７Ａ図、第７Ｂ図および第
７Ｃ図に示す。

先ず第７Ａ図データ収集段階を参照すると、光学系の焦
点高さを前述のように最も高い走査潟さｚｌに持ってく
るように、焦点制ｔｉ１１機構（２８）を先ずく制御回
路（３８）を介して）作動することが’Ｉ’ｌｌる。

つぎに振動走査機＋ｈｍ　（４６）を作動してレーザ（
４ｏ）からのビームをウェーハ上の１水のラインにそっ
て走査させながら、制御回路（４４）　（第１図）は単
一（つまり一方向）の走査運動でそのラインにそうｎ個
（例えば５１２個）のり゛ンブルにてフォトディテクタ
（４２）からの反射光度のデータを採取する。

これらのサンプルはその区域またはサイトの一方の横縁
から他方の横縁までの間にそのラインにそってほぼ均等
に隔置された位置（Ｘ−Ｘ）を表す。スキャナ（４６）
のばね系駆動部がその走査ラインにそって戻り方向にウ
ェーハを戻す時、データはとられず、焦点制御機構（２
８）が作動されて焦点高さを１単位距離（典型的には１
００分の数ミクロン）だけ下げる。この手順は第７Ａ図
に示ずように焦点高さと（２高さ）が１＠進的にｍ個（
例２５６個）の高さまで下げられる間繰返えされ、各高
さでＸ方向にそって５１２個の１ナンブルが得られこの
情報の全てがコンピュータ系（２２）のメモリの中に記
憶されるものと理解されたい。

データ以東段階が完了すると、このデータは第７Ｂ図に
示すプログラムに従って処理される。データはコンピュ
ータ内で配列（Ｘ、ＸＺｊ）にして記憶される。ただし
ｉ（ｘ軸にそって隔置されたデータ採取位置数）は代表
的には約５１２であり、ｊ（光学系の焦点高さ単位数）
は代表的には約２５６である。よって輪郭付は操作のた
めのデータ記憶は５＋２Ｘ　２５６、つまり約１３１に
バイトの情報を収容しなければならない。第７Ｂ図に示
寸ように、系は２　および×１に始まり、最大ピーク値
（Ｐ　　）およびそのピーク値における反射光、ｌ信号
（Ｒ）を求め、また最初のピーク値Ｐ１を求める。よっ
てｘ軸にそうデータ位置×１において、プログラムは各
２高さく１〜２５６）を通して順次反射光度値を検べて
、先ず最初のピーク値（つまり、反射光度が先ず高まっ
てピーク値に逼してから落ちる個所）を位置決めし、つ
いで最大ピーク値（つまり最高反射光度値）を位置決め
する。最大ピーク値はウェーハの基本反射表面が精密に
光学系下方の焦面に在るＺの高さにて生じ、最初のピー
ク値（もしも最大ピーク値の前にピークがあるならば）
は下側の基本反射表面に重なる透明または半透明の層が
精密に焦面に在る２の亮ざで生じる。

上記の過程は第８図のグラフ図により明らかである。第
８図は典型的なウェーハの部分断面形態（最上図）およ
びグラフィックＶ　Ｄ　Ｕ　（２４１１）（第１図）に
示されるそのような輪郭の対応する出力ディスプレーを
示す。よって、下側のシリコン・ベース層をベース層Ａ
にして、１対の隔置されたアルミニウムの金属ラインが
高さＢに与えられ、より高いシリコン・ダイオキサイド
（５Ｉ０２　＞の絶縁ラインが高さＤに与えられる。電
導物質および絶縁物質の上に、エツチング工程の後に残
された半透明の或る種の耐光性物質が重ねられる。アル
ミニウム・ライン上の耐光材はほぼ高さＣを真中にした
小山状に盛られ、シリコン・ダイオキサイド上の耐光材
は図のように一定高さに在る。よって、データ採取位置
Ｘ１６を処理しているとし、この位置が第８図に示すよ
うにシリコン・ダイオキサイド層の甲に在るとするなら
ば、プログラムによって２高さが順次シーケンスされる
に従って、高さＥにおける焦面を表わす２高ざが最初の
ピーク反射光度（Ｒ）値を与える。Ｚ高ざがＥに近付く
と、対応する信号Ｒのレベルは上がり、遂に高さＥにて
ピークに達してから、焦面が高さＥよりち下がるにつれ
て落ち始める。しかし焦面（ｚｉざ）が高ざＤに近付く
につれて反射光度信号にもう一つのピークが発生し、こ
のピークは高さＥにおけるピークよりも高い。それはＤ
におけるシリコン・ダイオキサイドはややくすんだ色の
物質から或る不透明な層であって、高さＥにおける耐光
材の半透明の層よりも大きな割合の光を反射する。焦面
すなわち２高さが高さＤよりも下がるにつれて、他の幾
つかの見かけの反射光度ピークが発生するかも知れない
が、これは本発明の理解の上で重要でない光学的な理由
により、高さＤにおけるピークよりもかなり小さな値を
とる。第７Ｂ図に示−４ように、コンピュータはｘ１０
位置におけるｚ２さの！ａ（Ｚ・）および最大ピークＰ
ｍにおける反射光度値「くを記憶する。この過程はｘ軸
にそう各位置、すなわちＸ　〜Ｘ　　について繰返えさ
れ、前記情報の全てが各データ採取位置にて記録される
。例えば第８図を参照すると、ｘ９８９８位置、シリコ
ン基板の高さくＡにある）のみが光を反射するので、最
大ピークとは別の最初のピークというものは存在しない
。よって、ｘ９０において、系は別のＰ１値を記憶しな
い。

第８図の下方の３つのグラフは３つの別々の配列におい
てグラフィックビデオ・ディスプレー・ユニット（２４
ｂ）に与えられるデータ・ディスプレーを示す。上方の
グラフはＺ（光学系を基準にしだウェーハ表面の深さ）
対Ｘ（走査区域を横切る直線上の位置）を表す。つぎに
第７Ｃ図のデータ・ディスプレー・プログラムを参照す
ると、記憶されたデー欠（第７Ｂ図）を用いて、各Ｘ位
置につき最大反射光度信号が得られた各２高さをプロッ
トして実線で連結することが判る。この実線は第８図の
最上図に示すウェーハ表面の２軸輪郭すなわち断面輪郭
を構成することが認識されるであろう。各最大信号位置
における反射光度も、第８図の別のグラフ（Ｒ対Ｘ）に
プロットされ実線で連結される。このグラフを参照する
と、予想されることであったが、反射性の高いアルミニ
ウム・ラインの反射光度がシリコン・ダイオキサイド・
ラインの反射光度よりもかなり瀉いことが判る。

Ｒ後に、再びいちばん上のグラフ（２対Ｘ）を参照する
と、最初のピーク（最大ピークとは別に見られるピーク
）が点線でプロットされる。第８図に示されるように、
点線によるプロットは電導性および絶縁性の重合ライン
の上にだけｑられる。

それはこれらの位置だけに多重の反射性材料層が在゛る
からである。

第８図のＲ対Ｘグラフから明らかなように、下層のシリ
コン基板層は反射性が比較的低いのに対し、シリコン・
ダイオキサイド層は反射レベルがより高く、金属アルミ
ニウム層は最高の反）ルベルを示す。アルミニウム・ラ
インの波状表面は比較的平坦な金属表面の金属微粒子性
を表し、それは本来、変動する反射性レベルを有する。

Ｒｍに第７Ｃ図に示すようにピストグラムが計算されて
、第８図のいちばん下のグラフに示すようにプロットさ
れる。ヒストグラムはいちばん上のグラフ（２対Ｘ）と
同じデータを用いるが、プロットの仕方が異なる。なす
わら、ピクでルの数、つまり各２高さにおいて最高反則
光度信号が観測されたＸ位置、Ｘ　　−Ｘ　　　の数を
プロットする。

第８図の上と下のグラフを比較すると、最も低い高さＡ
が最も高いビクセル数を有するのに対し、金属ラインの
高さＢがその次に高いビクセル数を有すること、および
、これらのピクセルの全てが高ざＡおよびＢを中心に苫
集していることが判る。

ベル形曲線が高さＣを中心に形成されているのが見られ
るが、このような曲線はアルミニウム層を蔽う耐光材を
表し曲線の頂部はそのような材料の平均高さを表す。最
後に、高ざＤおよびＥはビクセル数が最も少なくて、い
ちばん高い方の焦点高さに隔置されている。このような
ヒストグラムを作成し、ディスプレーすることのＦ　ｉ
は、オペレータの選択または従来のコンピュータ・グラ
フィックの解析技法のいずれかを利用して、半導体ウエ
ーハ表面を走査するために関心のある特定レベルを表づ
一１図示されたピーク（Ａ〜「）の各々を位置決めする
ことができることである。よって第７Ｃ図に示すように
、自動焦点機能を活動させて、前記ヒストグラムの明確
に特定し得ろ各ピークにおける２高さを走査のために選
ぶか、ユーザがそのような必要な高さのみを以後の走査
に選ぶことができる。このように２対Ｘ輪郭を効果的に
利用して、全体サイト、つまりＸｌｙ位置の２次元配列
全体を走査して、選ばれた数少ない高さにおいてではあ
るが、関連情報を失うことなく、しかも−回の走査中の
記憶データ弓を管理限界内に維持しながら３次元的表現
を得ることができる。

第７Ｃ図に示すように、自動焦点選択機能を活動させる
時、或るＺ高ざにおいて各々の完全な２次元走査を行う
前に、自動的に選ばれる焦点高さを設定して焦点制御回
路（３８）　（第１図）に逐次供給することができる。

或る特定サイトでの選ばれた２高ざの全てが走査され終
った時、この体系は光学系に対するウェーハ位置を（移
動ステージ（３２，３４）によって）迅速に変位させる
態勢にあるので、新しいサイトつまり区域を光学系の振
Ｌ）＋走査範囲の下方に入れて工程を繰返えすことがで
きる。

つぎに、ユーザが選択した場合に、走査すべきＺ高ざの
位置を与える第６図のフローチャートを参照すると、公
称焦点高さく２　　　）はウェーハｎＯｍ 上の最も上方の検知可能の層として選ばれる。例えば、
第８図のウェーハ断面図において最高高さＥが図示のよ
うに公称焦点高さを表すであろう。

ついで高さＥまたはそれより下の、走査の関心のある各
高さを焦点オフセット、つまりΔＺＪによって定義する
が、このΔ２．は２　　から走査間Ｊ　　　　　ｎｏｍ 心のあるＺ高さく例えば高さへ、Ｂ、Ｃなどの）を減じ
た最である。図示の例では、高さＥはｊ＝１に設定され
、高さＥは公称焦点高さにあるので、Δｚ１＝Ｏである
。面りは」＝２に設定され、Δ２値は高さＤとＥの高さ
２の差に等しいであろう。

同様に高さＣＳＢおよびＡに他の」の値（３〜５）の各
々が設定され、オフセット（Δ）Ｉは高ざＥとそれぞれ
の高さの２高さの差に設定される。これらの焦点オフセ
ットΔＺＪが決定され記憶される。

つぎに、ｊを最初に１に等しいと設定して、焦点制御機
構（２８）を作動して焦面を最初の焦点高さに動かし、
（または本例のように関心のある上方高さが走査操作を
開始する公称焦点高さにあるならば、全く動かさないで
）、前記の仕方で前記出願中の米国特願Ｎｏ、　７２５
．０８２に規定されたようにウエーハ区域をｘ、ｙ平面
内で走１査する。つまり、ｙステージ（３２）の遅い運
動と連合させて走査機構（４Ｇ）を作動して、その走査
高さにわたって密接隔置されたＸ位置およびｙ位置のマ
トリックスにつき反射光度データが得られるようにする
。一つのＺ高さにおけるｘＳｙ位置の各々においてなさ
れる反射光度測定値Ｒをつぎに用いて、反射光度レベル
の鋭い変化に留意し、変化点の間の距離をＸ位置の単位
数の形で表すことにより、ライン幅の測定を行う。つい
で、そのウェーハ・サイトでもつと他のＺ高さを走査す
るものと仮定すれば、Ｊの値を１だけ増して制御機構を
作動させて焦面を下げ、選択された焦点オフセットの各
々において走査が完了するまで、この工程を繰返えす。

最終の再下位の２高さを走査し終った後、プログラムは
ウェーハ上の新しいサイトに動く。これは、ウェーハ上
で走査すべきサイトがちつとあるかどうか、先ず質関し
、もしあれば、ウェーハを新しい走査位置に変位させろ
べくｘ１ｙステージ（３４，３２）の大まかな運動を用
いることにより行われる。新しいサイトに到達したら、
体系は先ず自動焦点段階を経過する。この段階では、焦
点制御機構（２８）を作動して、先ず光学系の焦点高さ
をウエーハの最高層の上方にあると判っているｚ１高さ
に持ってくる。ついで、ライン走査ビクセル・メモリ（
５４）　（第１図）により供給されるデータから反射光
度信号Ｒのピークがコンビ１−夕回路によって認識され
るまで、Ｚ高ざを漸進的に下げる。

漸進的な降下の後、Ｘ方向のラインの逐次走査を行い、
前に受は取ったデータと比較し、或る境界値以下の信号
をすべて無視する（ノイズの影響を黙殺するため）。い
ったんピークが認識されると（任意のとんがりその細見
せかけの信号と区別される）、光学系はウェーハ表面に
対して公称焦点高さ、つまり２　　にある（第８図参照
）。この００ｍ 高さで前記走査プログラムを繰返えし、その場合、光学
系は選ばれた関心のある高さにのみ垂直方向に肋かされ
、そのような各高さでＸ、ｙ平面円の完全な走査が行わ
れる。別のサイトを走査するためにウェーハを移動させ
る時、自動焦点が必要であることが判る。それは、スキ
ャナ（４６）上のウエーハの取付けは必ずしもウェーハ
を真の水平面に設置するとは限らないし、そのうえ、ウ
ェーハのエッチされた最上面は冥に平坦でないかも知れ
ず、従って、６新しいサイトで既知の基準高さを見出す
ための再焦点合せが通常必要となるからである。

しかし、前に作成された焦点オフセット（ΔＺｊ）は一
般に不変であるから、６新しいサイトにて新たな輪郭付
けＶ　（ｚ）データを収集する必要はないことに注目す
べきである。

前記の過程におけるように、或る走査高さにおける明確
な反射光度信号の変化の間の、Ｘ距離差を車に求めるこ
とによってライン幅の測定を行うことができるけれども
、第８図の２対Ｘ輸郭デイスプレーを用いてライン幅の
より秀れた、より正確な測定を行うことができる。この
２対Ｘグラフを形成するのに用いられるデータは走査ラ
インにそう各個のＸ位置における最大反射光度信号であ
ろから、特に表面の輪郭が変わるライン端における焦点
合せ問題による誤差を少なくする。本発明のコンピュー
タ系（２２）と共に従来のコンピュータ・ライン幅測定
技法を用いて実際に測定を行う。

例えば、第８図に示す輪郭についていえば、第１（シリ
コン・ダイオキサイド）のラインは自動的に認識され、
その上面および下面（ＤおよびＡ）が確定され、その間
の既定の比率（例５０％）が確定された測定点として用
いられる。よって、ラインの前、後端におけるこのよう
に確定された測定点の間の距離をその間のＸ位置の数の
形で求めることは簡単な事柄である。Ｘ位置の間隔の分
数の形（つまりビクセル幅）で測定点を定義することに
よって標準の内挿法を用いて、測定精度を向上させるこ
とができる。前述のように、一般に既知（例えばミクロ
ン未満）の間隔てウェーハを横切ってＸ位置が均等に隔
置される。

［スーパーフォーカス］像を求めるためのプログラミン
グ過程が第９図のフローチャートに図解される。「スー
パーフォーカス」像は光学系を異なる高さに焦点合せす
ることにより得られる情報を用いて作る、ウェー゛ハ表
面上の走査されたサイトまたは区域全部の像である。２
次元ビデオ・マトリックスのための修正信号がコンピュ
ータ系（２２）により求められ、ビデオ・ディスプレー
・メモリ（２９）に記憶された後、像が像ディスプレー
・“モニタ（２４ａ）（第１図）にディスプレーされる
。

いったん、光学系がウェーハ上の該当サイトに焦点合せ
するようにウェーハが勅かされた後で、Ｖ　（ｚ）デー
タ（初期輪郭作成のため）が走査視界の中心における走
査ラインにそって集められる。

これは、究極的にモニタ（２４ａ）にディスプレーされ
るべきｘ−ｙマトリックスよりも２分の１だけ使用され
る走査ラインが下っていることを：き味覆る。よってＸ
−Ｚ輪郭が前記の仕方で得られ、Ｖ　（ｚ）ヒストグラ
ム（第８図の如き）が作成されディスプレーされる。つ
ぎに、コンピュータは単独の１本のラインにそって走査
ダることにより与えられたデータが充分かどうか質問す
る。例えば、全体ｘ−ｙ枠内のパターンが単一のＸ−ラ
インの走査によって捕捉され得ない特徴を含むならば、
第２のＸ−ライン走査を与えるためにｙステージ（３２
）を駆動して、走査機構（４６）を新しい位置に動かさ
なければならない。これはライン幅測定を行うのに使用
し得る新しい２輪郭を発生し、それから得られた２デー
タを単純にヒストグラム作成サブルーチンの中に以前記
憶されたデータに加えられて、中のデータが累積される
。よって最初のＸ−ライン走査に存在しなかった高さが
第２のＸ　−ライン走査で発見されたならば、ヒストグ
ラムに全く新しいピークが形成される。充分な数のＸ−
ライン走査によって全ての必要な情報が得られたと決定
された時に、プログラムはスーパーフォーカス像を得る
過程に進む。

先ず、ヒストグラム内の主なピーク（または関心のある
Ｚ高ざ）が、前に指摘した仕方で識別される。これはオ
ペレータにより手動で、または従来のコンピュータ解析
技法により行うことができる。つぎに焦点制御ｌ′ｍ構
（２８）は光学結像系を肋かして、第１のピーク、つま
り第１の関心のある高さに焦点を合わせ、全体ｘ−ｙ平
面を走査し、データを記録する。このデータはバッファ
に記′ｔ！され、焦点制ｔＳＯ機構は第２のピーク、つ
まり第２の関心のある高さに焦点を合わせるために結像
系を肋かし、そこで処理過程が繰返えされ、新しいデー
タがバッファに前に記憶されたデータに追加される。こ
の過程は関心のある各高さが走査されるまで継続し、各
Ｘｌｙ位置のデータの全てが複数のｘ１ｙマトリックス
に蓄積される。つぎに、このデータが像ディスプレー・
モニタ（２４ａ）上に単一平面のデータとしてディスプ
レーすることができ、スクリーン上の任意のＸｌｙ点の
データは走査高さの全てから蓄積された情報からとられ
ている。

スーパーフォーカス像のディスプレーの一方法として、
各個の高さをカラーコード化し、そのカラーコード化し
た高さに従って、或る任意のｘ１ｙ位置における最大強
さをディスプレーする。これは異なる色がワエーハの異
なる表面高さを表わす、多色像を生ずる。ディスプレー
の第２の方法は各Ｘ、ｙ位置での異なる走査高さにて１
ｑられたＲ信号値の全部を単に積りすることを含む。像
の鮮明度および画質を良くするための、前記ディスプレ
一方法に対する代替法は、各ｘ、ｙ位買について異なる
Ｒ信号値を積算するが、大きく焦点の外れたデータをゼ
ロに設定するように各走査平面について一つの限界値を
決めることである。可能な限り鮮明な像が与えられるよ
うに限界値レベルを平面によって変えることができる。

いま一つのディスプレーの代替方法は各Ｘ、ｙ位置にお
ける最大反射光度信号のみを用いて、生じたディスプレ
ー像が複合Ｘ１ｙマトリツクスの各ｙレベルにおいてと
った、第８図のｘ、ｚ輪郭を表すようにすることである
。そのような各ｙレベルにお（プる実際の２対Ｘ輪郭も
作成し記憶することができる。

このようなデータは等測（ｘ、ｙＳｚ）プロットで図形
的にディスプレーされるか、２次元ディスプレーの各Ｘ
Ｘｙ位置における強さを変調するのに用いることができ
る。

以上から、ウェー八表面の２軸輪郭または断面像の初度
作成により、関係ウェーハ走査データの全てが迅速かつ
効率的な仕方で引続き得られろ。

先ず従来のライン幅走査技法を用いるよりも容易にかつ
正確に、直接ライン幅測定が２＠輪郭から直接になされ
ることができる。第２に、コンピュータによる２軸輪郭
の初度作成により、単一ライン（または数本のライン）
を走査した後の即席解析（オペレーターによるか装置の
自動作用による）がウェーハ表面上の完全なサイトまた
は区域を走査するプログラムを開発し得ることになり、
コンピュータの時間および記憶容量を最も効果的に使用
するようになる。これは、半導体ウェーハの表面の完全
な地勢像を与えるのに必要な情報の全てを与える、関心
のある特定の高さだけを先ず識別し、ついで走査するこ
とにより行われる。

本発明を実施するために考えられる最良の態様が開示さ
れ、記載されたけれども、本発明の主題と見なされる事
項から逸朕することなく改造および変更を行うことがで
きることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による半導体ウェーハの走査・輪郭付は
体系の線図、 第２図は本発明による装置の機械部分の、部分断面を示
す側面図、 第３図は本発明による系のスキャナおよびＸ−ｙ平面駆
動機構の分解斜視図、 第４図は第２図の装置の焦点制ｔｌｌ装置の、部分断面
を示す前面図、 第５図は第４図の５−５線にそう断面図、第６図は本発
明による体系の種々の作動要素を制御するコンピュータ
のプログラミングを表すフローチャート、 第７Ａ図、第７Ｂ図および第７Ｃ図は全体で、断面輪郭
のデータを収集し、処理し、ディスプレーするための、
第６図のプログラムのサブルーチンを表すフローチャー
ト、 第８図は走査された半導体ウェー八表面の一部分の断面
図、ならびに本発明の体系により得られる、対応する輪
郭および反射光度のディスプレーおよび焦点高さのヒス
トグラム、 第９図は「スーパーフォーカス」像が得られてディスプ
レーされる、本発明の体系のプログラミングを表すフロ
ーチャートであ６る。 ２０・・・光学結像系 ２４ｂ・・・像表示装＠（グラフィックＶＤＵ）２８・
・・焦点移ｗＪ装置く焦点制御機構）４４・・・焦点高
さ決定装置（制御回路）４６・・・相対移動装置（振動
スキャナー機構）５４・・・記憶装置 丹ｆＣり−Ｂ −６０ンー７Ａ 七ｌ”Ｔｊチー７−３ ４２］−ＥＩ −−−−−ｚ　１ 手続補正書 昭和６１年　９月？日

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェーハのような試料の断面輪郭を決定す
   るための装置であつて： 下方のウェーハ上の小さな点にビームを焦点合せするた
   めの、前記ビームの測定可能の特性を検知し出力信号を
   与えるために前記ウェーハから反射された点を受像する
   フォトディテクタを含む、光学結像系と； 前記ウェーハの一部分を横切る１本のラインにそって前
   記点が走査するように前記ウェーハの表面に平行な平面
   内で前記結像系と前記ウエーハの間に相対移動を生ずる
   ための装置と；前記ラインにそう１回の走査において複
   数の密接隔置される個所にて前記フォトディテクタ信号
   を取得し記憶するための装置と； 前記ラインにそう各走査の後に１単位距離ずつ前記結像
   系の焦点を前記ウェーハに対して順次移動させるための
   装置と； 前記ラインにそう前記隔置個所の各々において最大出力
   信号が得られる時の前記結像系の焦点高さを決定するた
   めの装置と； 前記結像系の高さを決定するための装置により決定され
   た前記焦点高さを、前記ラインにそう前記ウェーハの断
   面輪郭の表示として与えるための装置と； を有する表面輪郭決定装置。
2. （２）前記ビームの測定可能な特性はビームの光度を含
   み、前記焦点高さを決定する装置は前記ラインにそう各
   個所における前記走査高さにつき最高反射度の表示とし
   て最大光度を決定する、特許請求の範囲第（１）項に記
   載の表面輪郭決定装置。
3. （３）前記相対運動を生ずる装置が前記ウェーハを直線
   進路内で振動させるための装置を含む、特許請求の範囲
   第（１）項に記載の表面輪郭決定装置。
4. （４）前記結像系は対物レンズを含み、前記結像系の焦
   点を移動させる前記装置は前記ビームの進路にそう前記
   対物レンズと前記ウェーハの間の間隔を変えるための装
   置を含む、特許請求の範囲第（１）項に記載の表面輪郭
   決定装置。
5. （５）前記決定された焦点高さを与えるための装置は、
   前記決定された焦点高さを１本の連続の線で結んで前記
   ウェーハの断面輪郭を画成するグラフィック出力ディス
   プレーを含む、特許請求の範囲第（１）項に記載の表面
   輪郭決定装置。
6. （６）前記種々の焦点高さに対して、前記焦点高さが見
   出された前記ラインにそう個所の数をプロットしたヒス
   トグラムを、前記決定された焦点高さを与える装置から
   与えることによって、前記走査されたウェーハ表面にそ
   う別々の表面高さを決定するための装置を含む、特許請
   求の範囲第（１）項に記載の表面輪郭決定装置。
7. （７）半導体ウェーハ、またはウェーハの或る区域の表
   面図形情報を決定するラインを走査する装置であつて： 下方のウェーハ上の小さな点にビームを焦点合せするた
   めの、ビームの測定可能の特性を検知して出力信号を与
   えるために前記ウェーハから反射された点を受像するフ
   ォトディテクタを含む、光学結像系と； 前記点が前記ウェーハの一部分を横切る１本のラインに
   そって走査するように前記結像系と前記ウェーハの間の
   相対運動を生ずるための装置と； 前記ラインにそう１回の走査において複数の密接隔置さ
   れた個所で前記フォトディテクタ信号を取得し記憶する
   ための装置と； 前記ラインにそう各走査の後に１単位距離ずつ前記結像
   系の焦点を前記ウェーハに対して順次移動させるための
   装置と； 前記走査ラインにそう前記隔置個所の各々において最大
   出力信号が得られる時の前記結像系の焦点高さを決定す
   るための装置と； 前記結像系の焦点高さを決定するための装置により決定
   された前記焦点高さを前記ラインにそう前記ウェーハの
   断面輪郭の表示として与えるための装置と； 前記断面輪郭の表示から前記最大表面図形情報を与える
   高さを選択するための装置と； 前記焦点移動装置が前記結像系の焦点を順次前記選択さ
   れた高さの各々に移動させるようにする装置と； 焦点高さが前記選択された高さの各々にある間に前記走
   査ラインに平行な複数のライン上を走査する相対運動を
   生じ、それにより前記ウェーハ上の前記或る区域の残り
   を走査して前記或る区域内の関係表面図形情報の全てを
   取得するための装置と； を含む表面輪郭決定装置。
8. （８）半導体ウェーハ等の表面上でライン幅の測定を行
   う装置であつて： 下方のウェーハ上の小さな点にビームを焦点合せするた
   めの、ビームの測定可能の特性を検知し出力信号を与え
   るために前記ウェーハから反射された点を受像するフォ
   トディテクタを含む、光学結像系と； 前記ウェーハの一部分を横切るラインにそつて前記点が
   走査するように前記ウェーハの表面に平行な平面内で前
   記結像系と前記ウェーハの間の相対運動を生ずるための
   装置と； 前記ラインにそう１回の走査において複数の密接隔置さ
   れた個所で前記フォトディテクタ信号を取得し記憶する
   ための装置と； 前記ラインにそう各走査の後に１単位距離ずつ前記結像
   系の焦点を前記ウェーハに対して順次移動させるための
   装置と； 前記ラインにそう前記隔置個所の各々で最大出力信号が
   得られる時の前記結像系の焦点高さを決定するための装
   置と； 前記結像系の焦点高さを決定するための装置により決定
   された点を結んで１本の連続の断面形ラインを形成させ
   ることにより、前記ウェーハの表面の断面の表示を与え
   るための装置と；前記断面形ラインのほぼ垂直線の位置
   の間の距離を測定して前記ウェーハ表面上の重合された
   図形のライン幅を求めるための装置と； を含む表面輪郭決定装置。