KR101067996B1

KR101067996B1 - 선폭 측정 장치의 검사 방법

Info

Publication number: KR101067996B1
Application number: KR1020107003227A
Authority: KR
Inventors: 사토시 히로카와; 쇼고 고스게; 시게노부 오츠카
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 고쿠사이 덴키
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2011-09-26
Also published as: KR20100034038A; JP2009074849A; JP5096852B2; WO2009037875A1

Abstract

측정점수가 많은 경우에는, 측정이 장시간으로 된다. 이 때문에, 스테이지를 구동하는 리니어 모터 등의 발열에 의해, 스테이지 구성 부품이 불균일하게 열 팽창을 일으켜, 스테이지의 직교도의 변화, 또는 레이저 변위계 혹은 레이저 간섭계와 스테이지간의 상대 위치의 변화 등의 어긋남이 발생하고 있었다. 본 발명의 검사 방법은, 측정점 위치가 다수 존재하는 기판을 검사하는 경우에, 측정 위치마다 행하고 있었던 포커싱 동작을 생략하고, 포커싱 위치를 내삽 또는 외삽할 수 있도록 한 복수의 일부의 측정 장치에 대해 행한다. 그리고, 취득한 포커싱 정보로보로부터, 포커싱 동작하고 있지 않은 측정 위치에서의 포커싱 높이를 내삽 보간 혹은 외삽 보간에 의해 산출하고, 산출한 포커싱 높이 범위 내에서 포커싱 동작을 행한다.

Description

선폭 측정 장치의 검사 방법{METHOD FOR INSPECTING LINE WIDTH MEASURING APPARATUS}

본 발명은 패턴 치수를 측정하는 측정 장치에 관한 것으로, 특히, 평면 형상 시료의 패턴 치수를 고정밀도로 치수 측정을 행하는 선폭 측정 장치의 검사 방법에 관한 것이다.

액정 표시 패널 등의 FPD(Flat Panel Display), 반도체 웨이퍼, 또는, 그들을 제작하기 위한 유리 마스크 등, 평면 형상 기판에 형성된 패턴의 선폭 등의 치수를 고정밀도로 측정하기 위한 선폭 측정 장치는, 최근 워크 크기가 커지는 경향이 있고, 또한, 패턴이 보다 고세밀하게 되어 가고 있다. LCD(Liquid Crystal Device) 기판에서도, 그 경향이 강하여, LCD 측정용의 선폭 측정 장치(LCD 선폭 측정 장치)에서는, 기판의 대형화 및 고세밀화에 따른 위치 어긋남 대책이 중요해져 오고 있다.

LCD 선폭 측정 장치 등의 선폭 측정 장치는 CCD(Charge Coupled Device) 카메라 등, 고체 촬상 소자를 사용한 카메라 탑재의 광학 현미경 헤드(이후, 광학 헤드라고 부른다)를, 피측정 대상물의 LCD 기판의 측정 위치에 이동시키고, 이동한 위치의 피사체 상(像)을 촬상하여, 패턴 인식에 의해 치수 측정을 행한다.

광학 헤드를 측정 위치에 이동시키기 위해서는, 예컨대, 피측정 대상물인 기판을 수평면(X-Y 평면) 상에 고정하고, 광학 헤드를 X축 방향과 Y축 방향으로 이동시키는 2축 구조로 하며, 또한, 광학 헤드의 포커싱(合焦点)을 위해 높이(Z축) 방향으로도 광학 헤드를 이동 가능하게 하고 있다.

위치 어긋남의 보정으로서는, 예컨대, 특허 문헌 1에서는, 패턴 인식에 의해 위치 어긋남을 검출하고, 측정 개소의 위치 어긋남이 큰 경우만, 위치 어긋남을 보정하기 위해 이동하고 나서 측정하고, 피측정 개소(측정 위치)의 위치 어긋남이 작은 경우에는, 위치 어긋남을 보정하지 않고 측정하고 있다.

또한, 예컨대, 특허 문헌 2에서는, 레이저 변위계 또는 레이저 간섭계를 이용하여 위치 어긋남을 검출하고, X축 방향과 Y축 방향의 스테이지의 이동량을 보정하고 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 종래 기술을 구체적으로 설명한다. 또, 각 도면에 있어서, 공통인 기능을 갖는 부분에는 동일 부호를 부여하고, 그 중복하는 설명을 생략한다.

우선, 종래의 검사 장치의 일 실시예를 도 1에 의해 설명한다. 도 1은 종래의 일 실시예의 선폭 측정 장치의 개략을 나타내는 사시도이다.

도 1에 있어서, 10은 선폭 측정 장치, 12는 LCD 기판 등의 기판, 11은 기판(12)을 탑재하는 스테이지, 13은 광학 헤드, 14는 Y축 스테이지, 15는 X축 스테이지, 16은 X축 레일, 17은 정반(定盤)이다.

선폭 측정 장치(10)에 있어서, 스테이지(11)와 X축 레일(16)은 정반(17) 위에 탑재되어 있다. X축 레일(16)의 레일을 따라 X축 방향으로 이동할 수 있도록 X축 스테이지(15)가 탑재되어 있다. 또한, X축 스테이지(15)에 따르고 Y축 방향으로 이동할 수 있도록 Y축 스테이지(14)가 탑재되어 있다. 그리고, Y축 스테이지(14)에 광학 헤드(13)가 부착되어 있다.

광학 헤드(13)는, Y축 스테이지(14)에 부착되어 있기 때문에, Y축 방향으로 이동 가능함과 아울러, Y축 스테이지(14)를 통해 간접적으로 X축 스테이지(15) 상에 있기 때문에, X축 스테이지(15)가 X축 레일(16) 상을 X축 방향으로 이동하는 것에 의해, X축 방향으로도 이동 가능하다.

이와 같이, 광학 헤드(13)는, X축 스테이지(15)와 Y축 스테이지(14)가 스테이지(11) 상을 X축 방향 또는 Y축 방향으로 이동하는 것에 의해, 스테이지(11) 상에 고정된 기판(12)의 임의의 측정 위치로 이동하여, 확대 화상을 취득할 수 있다.

또, 광학 헤드(13)는 Y축 스테이지(14)에 높이(Z축) 방향으로 이동 가능하게 부착되어 있기 때문에, 포커싱 가능하다.

도 2에 의해서, 종래의 선폭 측정 장치의 대략적인 기구를 더 설명한다. 도 2는 종래의 선폭 측정 장치를 위 방향에서 본 도면이다. 또, 본원의 설명에 필요가 없는 부분은 도시하지 않고, 생략하고 있다. 예컨대, 도 1에서 설명한 스테이지(11)와 정반(17)은 도시하지 않고 있다.

12는 기판, 13은 광학 헤드, 14는 Y축 스테이지, 15는 X축 스테이지, 및 16은 X축 레일이며, 도 1과 마찬가지이다. 또한, 21은 레이저 간섭계, 22-1은 LXA 타겟 미러, 22-2는 LXB 타겟 미러, 23은 LY 타겟 미러, 24-2와 25는 반사 미러, 24-1와 26은 하프 미러, 27-1~27-4, 28-1과 28-2, 및, 29는 레이저광의 통과 경로를 모식적으로 나타낸 광로이다.

도 2에 있어서, 스테이지(도시하지 않음) 상에 고정된 기판(11)의 측정 위치에 광학 헤드(예컨대 CCD 카메라가 탑재된 광학 현미경)(13)을 이동하는 것에 의해, 측정 위치의 패턴의 좌표(거리)를 측정한다. 광학 헤드(13)의 수평 방향의 이동은 X 스테이지(15) 또는 Y 스테이지(14)의 적어도 하나를 구동하는 것에 의해 실행된다.

이 선폭 측정 장치에 있어서는, 광학 헤드(13)는 Y 방향으로 이동하는 Y축 스테이지(14)에 부착되고, 마주보는 2개의 X축 스테이지(15)는 Y축 스테이지(14)의 양단을 지지하여, 이동하는 갠트리 형식이다. 또, Y축 스테이지(14)의 좌우의 가는 화살표는 Y축 스테이지(14)의 이동 방향을 나타내고, X축 스테이지(15)의 상하의 가는 화살표는 X축 스테이지(15)의 이동 방향을 나타내고 있다.

레이저 간섭계(21)는, LXA 타겟 미러(22-1)와 LXB 타겟 미러(22-2)에서 X축 방향의 스테이지의 이동량을 측정하고, LY 타겟 미러(23)에서 Y축 방향의 스테이지의 이동량을 측정한다.

즉, 레이저 간섭계로부터 출력되는 레이저광은, 광로(29)를 따라 하프 미러(26)에 도달하고, 하프 미러(26)에서 직진하는 레이저광과 0.5π[rad]의 각도로 반사하는 레이저광으로 분기된다.

하프 미러(26)에서 반사된 레이저광은, 광로(28-2)를 따라 반사 미러(25)에 도달하고, 반사 미러(25)에서 0.5π[rad]의 각도로 반사된다. 반사 미러(25)에서 반사된 레이저광은 광로(28-1)를 따라 LY 타겟 미러(23)에 도달한다.

LY 타겟 미러(23)에 도달한 레이저광은 반사되어, 광로(28-1), 반사 미러(25), 광로(28-2), 하프 미러(26), 및, 광로(29)를 거쳐서 레이저 간섭계(21)로 되돌아간다.

또한, 하프 미러(26)로부터 직진하는 레이저광은, 광로(27-4)를 따라 하프 미러(24-1)에 도달하고, 하프 미러(24-1)에서 직진하는 레이저광과 0.5π[rad]의 각도로 반사되는 레이저광으로 분기된다.

하프 미러(24-1)에서 반사된 레이저광은 광로(27-1)를 따라 LXA 타겟 미러(22-1)에 도달한다.

LXA 타겟 미러(22-1)에 도달한 레이저광은 반사되어, 광로(27-1), 하프 미러(24-1), 광로(27-4), 하프 미러(26), 및 광로(29)를 거쳐서 레이저 간섭계(21)로 되돌아간다.

하프 미러(24-1)에서 직진한 레이저광은 광로(27-3)를 따라 반사 미러(24-2)에 도달하고, 0.5π[rad]의 각도로 반사된다.

반사 미러(24-2)에서 반사된 레이저광은 광로(27-2)를 따라 LXB 타겟 미러(22-2)에 도달한다.

LXB 타겟 미러(22-2)에 도달한 레이저광은 반사되어, 광로(27-2), 광로(27-3), 하프 미러(24-1), 광로(27-4), 하프 미러(26), 및 광로(29)를 거쳐서 레이저 간섭계(21)로 되돌아간다.

광로(27-1~27-4, 28-1, 28-2, 및 29)는 거의 동일한 평면 형상으로 되도록, 레이저 간섭계(21), LXA 타겟 미러(22-1), LXB 타겟 미러(22-2), LY 타겟 미러(23), 반사 미러(24-1 및 25), 및 하프 미러(24-1 및 26)가 검사 장치 상에 설치되어 있다.

또한, 레이저 간섭계(21), 하프 미러(26), 하프 미러(24-1), 및 반사 미러(24-2)는 각각, 설치된 위치가 고정되어 상호의 거리를 미리 알고 있다.

또한, 반사 미러(25)는, X축 스테이지(15)의 이동에 연동하여 LY 타겟 미러(23)와 항상 Y축 방향과 평행한 위치로 되기 때문에, 도 2에서는 특별히 도시하지 않고 있지만, X축 스테이지(15)에 탑재되어 있다.

도 2에 나타내는 바와 같은 배치에서, 레이저 간섭계(21)는 광로(27-1) 및 광로(27-2)의 거리의 변위를 검출하여 X축 스테이지(15)가 이동한 거리(이동량)을 산출하고, 광로(28-1)의 거리의 변위를 검출하여 Y축 스테이지(14)가 이동한 거리(이동량)을 산출한다.

다음으로, 각 측정 위치에서의 위치 어긋남량의 검출에 대해 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 위치 어긋남량을 검출하기 위한 패턴의 일례를 나타내는 도면으로서, 동일한 목적의 패턴이 하나의 기판에 n개(n은 2 이상의 자연수) 마련되어 있다(예컨대, 후술하는 도 4 참조).

도 3에 나타내는 화상(30)은, 도 2에서 도시한 X축 스테이지(15)와 Y축 스테이지(14)를 이용하여, 기판(12) 상의 원하는 위치에 광학 헤드(13)를 이동시키는 것에 의해, 광학 헤드(13) 중의 CCD 카메라 등의 이미지 센서에서, 기판(12) 상의 피검사 대상물(패턴)의 일부의 확대 화상(화상(30))을 촬상하여 얻어진다.

도 3에 있어서, 광학 헤드(13)의 이동 위치는, 미리 프로그램된 위치로서, 화상(30)의 중심 P₀이다. 그러나, 화상(30)과 같이, 기판 제작 과정에서의 편차나, X축 스테이지(15) 및 Y축 스테이지(14) 등을 구동하는 모터의 발열에 의한 검사 장치의 열 팽창의 불균일로부터 발생하는 기계적 오차의 차이 등에 의해, 예컨대 도 3과 같이, 화상(30)의 중심 P₀과 패턴(31)의 중심 P₁의 위치가 어긋난다.

검사 장치는 이 위치 어긋남의 양(어긋남량) O'(△X, △Y)를 패턴 인식 등의 화상 처리에 의해 산출한다.

도 4는 기판(12) 상에 배치된 패턴을 나타내는 도면이다. 도 4에서는, 도 3에서 설명한 패턴 이외는 생략하고 있다.

도 4는 기판(12) 전체(X0Y0는 기판 원점을 나타냄)에 도 3에서 설명한 바와 같은 패턴이 n개 마련되어 있는 모양을 나타내고 있다. 도 4에서는, n=90이다. 검사 장치는, 기판 원점 X0Y0쪽으로부터, 화살표가 나타내는 순서로 패턴(41-1~41-8~41-15~41-22~41-30, 41-31~41-38~41-45~41-52~41-60, 41-61~41-68~41-75~41-82~41-90)까지, X 스테이지(15) 또는 Y 스테이지 이동(14)의 적어도 한쪽을 구동하여, 차례대로 광학 헤드(13)를 이동시킨다. 그리고 이동하면서, 각각의 패턴(41-1~41-n)으로서 프로그램에 등록된 위치에서, 화상을 촬상하여 위치 보정을 반복한다.

또, 도 4에서는, Y축 방향의 패턴은 3행으로 도시하고 있지만, 2행이라도 4행 이상이라도 좋다. 또한, 패턴의 배치가 불규칙적으로 배치되어 있더라도 좋다.

이 때, 각각의 측정 위치, 즉, 각각의 패턴(41-1~41-n)의 위치로서 등록되어 있는 위치 좌표에서, 레이저 간섭계가 취득한 위치 좌표 정보와 화상 처리에 의해서 취득한 위치 좌표 정보를, 프로그램에 등록된 위치 좌표를 참조하여 보정을 가한다.

화상 처리에 의해 산출한 각각의 측정 위치에서의 패턴(41-1)의 X 좌표의 위치 어긋남량을 △X1, Y 좌표의 위치 어긋남량을 △Y1로 하고, 패턴(41-n)의 X 좌표의 위치 어긋남량을 △Xn, Y 좌표의 위치 어긋남량을 △Yn으로 한다. 그리고, 레이저 간섭계에 의한 패턴(41-1)의 프로그램 등록 위치와의 X 좌표의 위치 어긋남량을 LX1, Y 좌표의 위치 어긋남량을 LY1로 하고, 패턴(41-n)의 프로그램 등록 위치와의 X 좌표의 위치 어긋남량을 LXn, Y 좌표의 위치 어긋남량을 LYn으로 하며, 또한, 1점째의 측정 위치 M1(X_M1, Y_M1)을 패턴(41-1)의 등록 위치로 하고, n점째의 측정 위치 Mn(X_Mn, Y_Mn)을 패턴(41-n)의 등록 위치로 한 경우에,

X_M1=LX1+△X1, Y_M1=LY1+△Y1

……

X_Mn=LXn+△Xn, Y_Mn=LYn+△Yn

으로 된다.

또, 상기의 LX1~LXn에 이용하는 값은 2개의 타겟 미러(LXA 타겟 미러(22-1) 및 LXB 타겟 미러(22-2))에서의 레이저 간섭계의 산출값에서, θ축의 보정을 행하고, 광학 헤드(13)의 Y축 방향의 위치에 의해 가중치 부여한 값을 이용한다.

또한, 상기의 LX1~LXn에 이용하는 값은, 도 2에서 나타낸 LXA 타겟 미러(22-1) 또는 LXB 타겟 미러(22-2) 중 어느 한쪽에 의한 레이저 간섭계가 산출한 값을 이용하더라도 좋으며, 그 경우, 2개의 타겟 미러에 관계되는 레이저 간섭계의 산출값에 의해 개별적으로 θ축의 보정을 더 행하더라도 좋다.

특허문헌1:일본특허공개제2006-184085호공보 특허문헌2:일본특허공개제2002-228411호공보

종래의 선폭 측정 장치에서는, 1점의 측정마다 레이저 간섭계에서 위치 좌표의 측정 전에 높이 방향의 조정을 필요로 한다. 즉, 각각의 측정 위치에서 광학 헤드의 포커싱을 행하고 나서, 측정 위치를 포함하는 에리어(이후, 측정 에리어라고 부름)의 포커싱 후에 촬상된 화상으로 화상 처리를 행하고 측정하고 있다. 이 때문에, 1점당의 측정 시간이 길어, 측정점이 다수인 경우에는, 측정 시간이 장시간으로 된다. 예컨대, 도 4의 기판(12)을 측정하는 경우 1점의 측정에 5[s]가 걸린다. 따라서, 측정점(측정 위치) n이 90점 있기 때문에, 450[s]의 측정 시간이 필요하게 된다.

이와 같이 측정이 장시간으로 되면, 스테이지를 구동하는 리니어 모터 등의 발열에 의해, 스테이지 구성 부품이 불균일하게 열 팽창을 일으켜, 스테이지의 직교도의 변화, 또는, 레이저 변위계 또는 레이저 간섭계와 스테이지간의 상대 위치의 변화 등의 어긋남이 발생하고 있었다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제를 해결하여, 측정 시간을 단축한 선폭 측정 장치의 검사 방법을 제공하는 것에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위해에, 본 발명의 검사 방법은, 측정점 위치가 다수 존재하는 기판을 검사하는 경우에, 측정 위치마다 행하고 있었던 포커싱 동작을 생략하고, 포커싱 위치를 내삽 또는 외삽할 수 있도록 한 복수의 일부의 측정 위치에 대해서 행한다. 그리고, 취득한 포커싱 정보로부터, 포커싱 동작하고 있지 않은 측정 위치에서의 포커싱 높이를 내삽 보간 또는 외삽 보간에 의해 산출하고, 산출한 포커싱 높이 범위 내에서 포커싱 동작을 행하는 것이다.

본 발명의 검사 장치는, LCD 기판 등의 기판을 탑재하여 고정하는 스테이지와, 광학 현미경과 카메라로 이루어지는 광학 헤드부와, 촬상부를 기판 상의 소정의 위치 및 높이로 이동하는 스테이지 기구부와, 스테이지 제어를 행하는 제어 장치와, 촬상한 화상을 처리하고, 또한 검사 장치를 제어하는 화상 처리부를 구비하며, 기판 상에 형성된 패턴의 치수를 측정하는 검사 장치에 있어서, 기판 상의 일부의 측정 위치에 대하여 포커싱하여 높이를 결정하고, 나머지의 측정 위치의 높이 조정을 결정한 높이의 데이터로부터 내삽 또는 외삽에 의해 산출하는 높이 데이터로 실행하는 것이다.

즉, 본 발명의 선폭 측정 장치의 검사 방법은, 기판 상에 형성된 패턴의 선폭을 측정하는 선폭 측정 장치의 검사 방법에 있어서, 높이 방향의 위치를 결정하기 위한, 제 1 포커스 에리어와 해당 제 1 포커스 에리어보다 작은 범위의 제 2 포커스 에리어를 마련하고, 측정 위치마다, 제 1 포커스 에리어에서 포커싱할지 제 2 포커스 에리어에서 포커싱할지를 미리 결정해 두고, 제 1 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치에 대하여, 측정 위치마다 수평 방향의 위치와 높이 방향의 위치를 측정하고, 제 1 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치의 측정 위치마다의 수평 방향의 위치와 높이 방향의 위치로부터 보간에 의해, 제 2 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치의 수평 방향의 위치와 높이 방향의 위치를 보정하고, 보정한 위치에서, 제 2 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치에서 선폭을 측정하는 것이다.

또한 본 발명의 선폭 측정 장치는, 피측정 대상물을 탑재하고 고정하는 스테이지와, 스테이지 상의 피측정 대상물의 소정의 위치의 확대 화상을 촬상하는 광학 헤드와, 광학 헤드를 피측정 대상물의 소정의 수평 위치 및 높이 위치에 상대적으로 이동하기 위한 이동 기구와, 광학 헤드의 수평 위치를 레이저 간섭계에 의해 측정하는 위치 측정부와, 광학 헤드의 높이 위치를 포커싱 위치로 이동시키기 위한 포커싱 기구와, 광학 헤드가 촬상한 화상을 화상 처리하고, 또한 검사 장치를 제어하는 화상 처리부를 구비하며, 피측정 대상물 상에 형성된 패턴의 치수를 측정하는 검사 장치에 있어서, 피측정 대상물 상의 일부의 측정 위치에 대하여 포커싱하여 높이를 결정하고, 나머지의 측정 위치의 높이 조정을 결정한 높이의 데이터로부터 내삽 또는 외삽에 의해 산출한 높이 데이터에서 실행하는 것이다.

본 발명에 의하면, LCD 자동 선폭 측정 장치 등의 검사 장치의 검사 시간을 단축할 수 있어, 검사 장치의 택트 타임(tact time)을 단축할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 측정 시간을 단축하여, 스테이지 구성 부품이 열 팽창을 일으켜 스테이지의 직교도 변화 등의 어긋남이 발생하지 않는 선폭 측정 장치의 검사 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 선폭 측정 장치의 개략을 나타내는 사시도,
도 2는 종래의 선폭 측정 장치를 위 방향에서 본 도면,
도 3은 위치 어긋남량을 검출하기 위한 패턴의 일례를 나타내는 도면,
도 4는 기판 상에 배치된 패턴(측정 위치)을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예의 측정 위치를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 의해 높이 방향의 보간을 행하는 경우의 보간값을 구하는 일 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명의 검사 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도,
도 8은 본 발명의 검사 장치의 측정 순서의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도,
도 9는 본 발명의 수평 위치 좌표의 보간 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 보간 방법에 있어서, 측정 위치에서의 가중치 부여의 계산에 대하여 표 형식으로 나타낸 구체적인 실시예를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예의 처리 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다. 또, 각 도면에 있어서, 공통인 기능을 갖는 부분에는 동일 부호를 부여하고, 그 중복하는 설명을 생략한다.

도 5를 이용하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다. 도 5는 도 4의 설명도와 거의 동일하며, 측정 위치를 시닝(thinning)하고 있는 것을 설명하기 위한 도면이다.

피검사 대상물인 기판(12)은, 동일한 기판이더라도, 검사 장치(10) 밖으로부터 반입되어 스테이지(11) 상에 탑재되어 고정될 때마다, 상이한 위치, 상이한 수평 각도, 상이한 휨 상태로 된다. 따라서, 기판(12)은, 반입되어 스테이지(11) 상에 탑재되어 고정될 때마다, 측정 위치마다 재차 수평 방향, 높이 방향의 위치 어긋남의 보정이 필요로 되어 있었다. 또한, X축 스테이지, Y축 스테이지, 광학 헤드 등을 이동시키기 위해서는, 구동 기구가 필요하고, 구동 기구로 사용하는 모터 등의 발열에 의해서, 검사 장치 내에 불균일한 열 분포에 의한 열 팽창이 발생해서, X축 스테이지, Y축 스테이지, 광학 헤드 등의 이동 위치에 미묘한 어긋남이 발생하여, 기판(12)의 위치가 시간적으로 편차가 생기게 되고, 또한 복잡한 보정이 필요하게 되어 있었다.

본원 발명은, 기판 반입시마다 또는 기판의 검사시마다, 측정 위치에서의 수평 방향과 높이 방향의 조정을 가능한 한 생략하고, 이것에 의해 측정 시간을 단축하여, 측정 시간의 단축에 의해서, 구동 기구의 발열에 의한 X축 스테이지, Y축 스테이지, 광학 헤드 등의 이동 위치의 어긋남을 가능한 한 작게 하는 것이다.

기판(12)의 측정점(측정 위치)이 다수 있는 경우에는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 모든 측정 위치에 대하여 측정하지 않고, 도 5에 나타낸 바와 같이, 시닝하여 높이 방향의 경향을 파악한다. 예컨대, 도 5에서는, 패턴(41-1, 41-15, 41-30, 41-31, 41-45, 41-60, 41-61, 41-75, 및 41-90)을 X 스테이지(15) 또는 Y 스테이지 이동(14)의 적어도 한쪽을 구동하여, 차례대로 광학 헤드(13)를 이동시킨다. 그리고 이동하면서, 각각의 패턴으로서 프로그램에 등록된 위치에서, 화상을 촬상하여 위치 보정을 행한다. 즉, 패턴(41-1, 41-15, 41-30, 41-31, 41-45, 41-60, 41-61, 41-75, 및 41-90)을 측정하여, 기판(12)의 높이 방향의 경향을 파악한다.

그 후, 측정 위치 전체 점을 측정한다. 전수(全數) 측정시, 앞서 구한 높이 방향의 경향을 기초로, 각 측정점에서의 높이 방향의 보간을 행한다. 상술한 시닝한 측정 위치에서의 포커스 설정에서는, 포커스 에리어를 광학 헤드가 높이 방향으로 이동 가능한 전체 범위 내에서 상하로 이동시켜 적절한 높이를 정한다. 이 때문에, 이동 범위가 넓고 또한 샘플링 회수(포커스가 포커싱인지 여부의 판정에 사용하는 샘플수)도 많기 때문에, 포커스 설정의 시간이 길다.

그러나, 이 전수 검사에서의 높이 방향 포커스 설정에는, 포커스 에리어를 ±15[㎛]로 했을 때에, 1점의 포커스 시간은 1.5[s]로 된다.

이것에 의해, 포커스 에리어를 작게 하여, 이동 시간의 단축과 샘플링 회수의 저감이 가능해지기 때문에, 측정 시간의 단축을 할 수 있기 때문에, 택트 타임의 단축으로 이어진다.

도 5의 실시예는 내삽 보간의 실시예이다. 그러나, 본 발명은 내삽 보간뿐만 아니라, 외삽 보간이더라도 되고, 또한, 측정 위치에 따라서는 내삽 보간 또는 외삽 보간의 어느쪽인지 최적의 보간을 선택할 수 있다.

도 6을 이용하여, 본 발명의 초점 위치(높이 방향)의 보간의 일 실시예를 설명한다. 도 6은 본 발명에 의해 높이 방향의 내삽 보간(2점간의 내삽)를 행하는 경우의 보간값을 구하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

우선, 시닝하여 측정한 측정점의 X 좌표를 Xk 및 X(k+i)으로 하고, 그들의 위치에서 측정한 측정점의 높이 방향의 좌표를 Hk 및 H(k+i)으로 한다.

그리고, 전수 측정시의 임의 측정점(시닝한 임의의 측정점)의 X 좌표를 Xp로 하고, 그 위치의 측정점에서의 높이 방향의 좌표(포커스 이동 위치)를 Hp를 다음 식에 의해 구한다.

Hp=((H(k+i)-Hk)×(Xp-Xk)÷(X(k+i)-Xk)+Hk

상기한 바와 같이 하여 산출한 높이 방향의 좌표 Hp에 대하여, ±15[㎛]의 포커스 에리어를 설정하는 것에 의해 1점의 포커스 시간이 1.5[s]로부터 1.0[s]로 단축할 수 있다.

따라서, 도 5의 기판(12)의 실시예에서는, 전체 포커스 시간 Ft은 135[s]초로부터 94.5[s]로 된다. 측정 시간 Mt도 450[s]로부터 409.5[s]로 되어, 40.5[s] 단축된다. 즉, 전체 측정 위치수(측정점수)가 90이고, 시닝한 측정점수가 81, 포커스 측정의 측정점수가 9점이므로,

Ft=포커스 측정 시간×포커스 측정점수+포커스 산출 시간×포커스 측정을 시닝한 측정점수

=1.5[s]×9[점]+1.0[s]×81

=94.5[s]

Mt=1점당의 측정 시간×포커스 측정점수+보간의 경우의 측정 시간×포커스 측정을 시닝한 측정점수

=5[s]×9[점]+(5-0.5)[s]×81[점]

=409.5[s]

상기 실시예에서는, 높이 위치를 보간에 의해서 산출한 경우의 포커스 에리어를 작게 설정함으로써 측정 시간을 단축하였다. 이 포커스 에리어를 보다 작게 설정할 수 있어, 광학 헤드의 초점 심도 내까지 좁힐 수 있으면, 보간한 높이에서 측정 가능해진다, 즉 포커싱 동작을 생략하고 측정 가능해지기 때문에, 측정 시간을 더욱 단축할 수 있다. 또한, 시닝수, 즉 포커싱 높이 데이터를 취득하는 측정 위치의 수의 전체 측정 위치에 관한 비율이 높이면, 포커스 에리어를 더욱 작게 할 수 있다.

또, 본 발명의 실시예에서는, 일반적 기술이기 때문에 특별히 설명하지 않았지만, 포커싱의 구체적인 처리 방법에 관해서는, 예컨대, 일본 특허 공개 제2003-98425호 공보, 일본 특허 공개 제2004-226994호 공보, 일본 특허 공개 제2007-140087호 공보 등에 개시되어 있다.

본 발명의 검사 장치의 일 실시예의 구성을 설명한다. 도 7은 본 발명의 검사 장치의 일 실시예의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 선폭 측정 장치(700)는, 주로, 카메라, 광학 현미경, 및 대물 렌즈(721)를 포함하는 광학 헤드(713), 기판(712)을 탑재하는 스테이지(711), 프레임 그래버(frame grabber)(FG)(724), 조광기(調光器)(723), 광원(722), 제어부(746), 모니터(725), X축 레일(716), X축 스테이지(715), Y축 스테이지(714), 스테이지 구동부(726), 및 스테이지(711)를 탑재하는 대좌(臺座)(717)로 구성된다.

또한 제어부(746)는 화상 취입·표시부(761), 화상 기억부(762), 및 CPU(Central Processing Unit)(763)로 이루어져 있다. 또한, 광학 헤드(713)는 복수의 배율의 대물 렌즈(721)를, 도시하지 않은 렌즈 리볼버 기구를 제어부(746)로부터 제어하는 것에 의해 원하는 배율의 대물 렌즈로 전환 제어하고, 광학 헤드(713)의 카메라가 촬상하는 피측정 대상물(712)의 원하는 에리어의 확대율을 변경한다.

또, 제어부(746)는 PC(Personal Computer)이더라도 좋다.

또한, 광학 헤드에 이용하는 카메라에는, 고체 촬상 소자를 사용한 카메라 등이 있지만, 특별히 그것에 한정되지 않고, 화상 처리에 필요한 화상을 촬상할 수 있는 이미지 센서이면 된다.

또한, 스테이지(711)에는, 피검사 대상물(기판(712))이 피사체로서 탑재되고 고정되어 있다. 대좌(717)는, 스테이지(711)를, Y 방향(도면 상의 좌우 방향)과 X 방향(도면 상의 깊이 방향)으로 이동시키는 수평 이동 기구와 Z 방향(높이 방향)으로 이동시키는 높이 이동 기구를 구비하고, 제어부(746)의 제어에 의해 기판(712)의 원하는 부분의 화상을 촬상할 수 있다.

스테이지(711)는, 예컨대, 기판(712)을 고정하기 위한 흡착판이며, 제어부(746)의 제어에 의해 기판의 반입 및 고정, 및 반출을 가능하게 한다. X축 레일(716), X축 스테이지(15), Y축 스테이지(14), 및 광학 헤드(13)는 제어부(746)에 결합된 스테이지 구동부(726)의 제어에 의해서, 각각 기판(712)의 X 방향, Y 방향, Z 방향에 대하여 위치 제어된다.

도 7에 있어서, 제어부(746)는 CPU(763)에 등록된 처리 프로그램에 따라 검사 장치의 각 구성요소를 제어한다.

광원(722)으로부터의 광은 조광기(723)를 통해 광학 헤드(713)의 광학 현미경에 출력된다. 조광기(723)는 제어부(746)로부터 제어되어 광량을 조정하여, 광학 현미경에 광량이 조정된 광을 출력한다. 예컨대, 조광기(723)는 화상의 피크값이 평균값을 화상 레벨의 최대값으로 하도록 광량을 조정한다. 그리고, 조광기(723)로부터 입력된 광은 광학 현미경을 통해 기판(712)에 조사되고, 기판(712)은 광이 조사된 것에 의해 반사광을 출력하고, 출력된 반사광은 광학 헤드(713)의 광학 현미경을 통해 카메라에 입사된다.

광학 헤드(713)의 카메라는, 입사된 광을 전기 신호로 변환하고, 변환한 화상 신호 데이터를 FG(724)에 출력한다. FG(724)는 화상 데이터를 제어부(746)에 출력하는 화상 입력 보드이다.

상술한 바와 같이, 카메라가 촬영한 피검사 대상물(기판(712))의 검사 대상 에리어의 확대 화상은 화상 신호로서 제어부(746)에 공급되어, 제어부(746) 내의 화상 취입·표시부(761)에 입력된다. 이 제어부(746)에는, 화상 기억부(762)와, 소정의 프로그램이 저장된 CPU(763)가 있다.

화상 기억부(762)는 화상 및 계산용의 데이터를 기억하는 데 사용되며, 시스템 전체의 동작에 필요한 제어는 CPU(763)에 의해 실행된다.

제어부(746)의 프로그램은 이 화상 신호에 화상 처리를 실시하는 것에 의해, LCD 기판의 패턴 선폭 등을 측정하고, 그 결과를 모니터(725)에 출력한다.

다음으로, 도 8과 도 7에 의해서, 상술한 바와 같이 포커스 측정 시간의 단축을 행하는 측정의 일 실시예의 동작 순서를 설명한다. 도 8은 본 발명의 검사 장치의 측정 순서의 일 실시예를 설명하기 위한 흐름도이다. 피측정 대상물인 기판(712)이 검사 장치(700) 상의 스테이지(711)에 탑재되어, 기판(712)의 측정이 개시되면, 제어부(746)의 제어에 의해, 선폭 측정 장치(700)의 각 구성요소가 구동되는 것에 의해, 단계 801~805의 처리 동작을 실행한다.

도 8에 있어서, 초기화 단계 801에서는, 스테이지 구동부(726)의 제어에 의해, X 스테이지(715) 및 Y 스테이지(714)가 이동하여, 원점(0,0)으로 광학 헤드(713)가 이동한다. 또한, 구동부(726)의 제어에 의해, 광학 헤드(713)는 높이 방향으로 이동 가능한 가장 위까지 이동한다.

다음으로, 시닝 측정 단계 802에서는, 전체 측정 위치 중, 시닝 측정하는 것으로 되어 있는 측정 위치 각각에 대해, 프로그램의 실행 순서대로, 측정 위치까지 광학 헤드(713)를 이동시켜, 포커스값을 정한다. 즉, 시닝한 측정 위치에서의 포커스 설정에서는, 포커스 에리어를 광학 헤드가 높이 방향으로 이동 가능한 전체 범위 내에서 상하로 이동시켜 적절한 높이를 정한다. 그리고, 도 3에 의해서 설명한 바와 같은 화상 처리에 의해서, 각 측정 위치에서의 패턴의 위치 어긋남량을 산출한다. 또한, 이 측정 위치에서의 패턴 치수의 측정을 행한다.

또, 시닝 측정하는 측정 위치 및 시닝 측정하는 측정 위치는 피측정 대상물의 검사를 실행하기 위한 프로그램을 작성할 때에 정해진다.

다음으로, 단계 803에서는, 시닝 측정하는 측정 위치가 모두 측정을 종료했는지 여부를 판정하고, 종료하고 있으면 단계 804로 진행하고, 종료하지 않고 있으면, 단계 802로 되돌아가서 처리를 반복한다.

다음으로, 전수 측정 단계 804에서는, 시닝 측정 단계 802에서 측정하지 않은 측정 위치에 대하여, 프로그램의 순서대로, 광학 헤드(713)를 수평(XY) 방향으로 이동한다. 그리고, 시닝 측정시에 취득한 높이 데이터로부터 보간을 행하고, 보간값 플러스/마이너스(±) 15[㎛]의 범위 내에서, 포커스 에리어를 광학 헤드가 높이 방향으로 상하 이동시켜 적절한 높이를 정한다.

다음으로, 도 3에 의해 설명한 바와 같은 화상 처리에 의해서, 각 측정 위치에서의 패턴의 위치 어긋남량을 산출하여 수평 방향의 위치 보정을 행하고 나서, 이 측정 위치에서의 패턴 치수의 측정을 행한다.

다음으로, 단계 805에서는, 모든 측정 위치에 대하여 측정이 종료되었는지 여부를 판정하고, 종료되어 있지 않으면, 단계 804를 반복하고, 종료되어 있으면, 검사를 종료한다.

또, 도 8의 실시예에서는, 시닝 측정 단계 802에서, 위치 어긋남 보정 외에, 화상 처리를 위한 화상을 취득하여 치수 측정을 행하였다. 그러나, 전수 측정 단계 804에서, 화상 처리에 의해 치수 측정을 행하더라도 좋다.

다음으로, 상술한 실시예에 있어서는, 전수 측정에서는, 포커스값의 보간(높이 방향의 위치 보간)를 행하였다. 그러나, 수평(XY) 방향의 위치 좌표에 관해서도, 동일한 보간이 가능하다.

이하, 도 9와 도 10을 이용하여 그 실시예에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명의 수평 위치 좌표의 보간 방법의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 10은 이하에서 설명하는 측정 위치 Ph0에서의 가중치 부여의 계산에 대해 표 형식으로 나타낸 구체적인 예를 나타내는 도면이다.

즉, 도 9의 실시예에서는, 수평 방향에 관해서도, 도 5에서 나타낸 시닝 측정한 측정 위치(측정점)(41-1, 41-15, 41-30, 41-31, 41-45, 41-60, 41-61, 41-75, 41-90)의 좌표를 기초로, 다른 측정 위치(본 실시예에서는, 측정 위치 Ph0로 대표하고 있음)의 XY 방향의 보간을 행하고 X 좌표와 Y 좌표의 가중치 부여를 행하는 것에 의해, 열 변화에 따른 어긋남을 보정하는 것이다.

도 9 및 도 10의 가중치 부여의 방법을, 도 11을 참조하면서 더욱 상세히 설명한다. 도 11은 가중치 부여를 구체적으로 실행하여 측정하는 순서를 설명하기 위한 흐름도이다. 여기서, 설명하는 처리는, 예컨대, 도 8에서 설명한 전수 측정 단계 804로서 실행된다.

단계 1101에서는, 보정 테이블 중, 측정 위치 Ph0를 둘러싸는 4점 Ph1, Ph2, Ph3, Ph4을 결정한다.

즉, 시닝 측정한 측정 위치(41-1, 41-15, 41-30, 41-31, 41-45, 41-60, 41-61, 41-75, 41-90)의 X 좌표와 Y 좌표와, 측정 위치 Ph0의 X 좌표(Xp)와 Y 좌표(Yp)를 비교한다.

우선, Xp보다 작고 Xp에 가장 가까운 X 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점이고, 또한, Yp보다 작고 Yp에 가장 가까운 Y 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점을 갖는 시닝 측정한 측정 위치를 Ph1(Xk, Yk)로 한다.

다음으로, Xp보다 작고 Xp에 가장 가까운 X 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점이고, 또한, Yp보다 크고 Yp에 가장 가까운 Y 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점을 갖는 시닝 측정한 측정 위치를 Ph2(Xk, Yk+1)로 한다.

다음으로, Xp보다 크고 Xp에 가장 가까운 X 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점이고, 또한, Yp보다 작고 Yp에 가장 가까운 Y 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점을 갖는 시닝 측정한 측정 위치를 Ph3(Xk+1, Yk)으로 한다.

마지막으로, Xp보다 크고 Xp에 가장 가까운 X 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점이고, 또한, Yp보다 크고 Yp에 가장 가까운 Y 좌표에 있는 시닝 측정한 측정 위치의 점을 갖는 시닝 측정한 측정 위치를 Ph4(Xk+1, Yk+1)로 한다.

또, Ph1~Ph4를 구하는 순서는 본 단계라도 다른 단계라도 특별히 문제가 없다. 이것은 X 좌표와 Y 좌표에서도 마찬가지이다.

단계 1102에서는, 산출한 시닝 측정한 측정 위치 4점 Ph1~Ph4 각각과 Ph0 사이의 거리 R(R1~R4)을 산출한다.

단계 1103에서는, 거리에 반비례한 가중 평균을 행한다. 이 때문에, 단계 1102에서 산출한 거리 R의 역수(1/R)를 각각 산출한다.

단계 1104에서는, 단계 1103에서 각각 산출한 4점의 거리의 역수(1/R)의 총합 SUM(1/R)을 산출한다.

또, 도 10 중의 비율[%]은 거리에 반비례한 평균의 가중치(참고값)이다.

단계 1105에서는, 상기 4점 Ph1~Ph4 각각에 대하여, X 좌표와 Y 좌표 각에 대해, 보정값×(1/R)를 산출한다.

단계 1106에서는, 단계 1105에서 각각 산출한 보정값×(1/R)를, X 좌표와 Y 좌표 각각에 대해, 총합을 산출하고, 총합을 단계 1104에서 산출한 SUM(1/R)으로 나눈다.

단계 1107에서는, 단계 1106에서 산출한 보정값에 근거하여, 측정 위치를 보정한다.

단계 1108에서는, 보정된 측정 위치로 광학 헤드를 이동한다.

단계 1109에서는, 화상을 취득하여 화상 처리에 의해 선폭 측정 등의 측정을 행한다.

그리고, 예컨대, 도 8의 단계 805로 진행한다.

또, 상기 실시예에서는, 측정 위치의 이동 순서는, 우선 X축 방향으로 대략 평행하게 이동하고, 그 후 Y축 방향으로 이동하고, 또한 X축 방향으로 대략 평행하게 이동하고 있다. 그러나, 이것에 한정되지 않는 것은 물론이다.

또한, 상기 실시예에서는, 갠트리 형식의 XY축 이동 스테이지를 이용했지만, 본 실시예에 한정되는 것이 아님은 말할 필요도 없다.

또한, 상기 실시예에 있어서는, 높이 보정에서는 2점간의 보간, 위치 보정에서는 4점에서의 보간으로 설명하였다. 그러나, 보간하는 데이터의 수는 이것에 한정되지 않고, 몇 개라도 무방한 것은 물론이며, 선형 보간 외에, 비선형 보간이더라도 무방한 것은 자명하다.

10: 선폭 측정 장치
11: 스테이지
12: 기판
13: 광학 헤드
14: Y축 스테이지
15: X축 스테이지
16: X축 레일
17: 정반
21: 레이저 간섭계
22-1: LXA 타겟 미러
22-2: LXB 타겟 미러
23: LY 타겟 미러
24-2, 25: 반사 미러
24-1, 26: 하프 미러
27-1~27-4, 28-1, 28-2, 29: 광로
700: 선폭 측정 장치
711: 스테이지
712: 기판
713: 광학 헤드
714: Y축 스테이지
715: X축 스테이지
716: X축 레일
717: 대좌
721: 대물 렌즈
722: 광원
723: 조광기
724: 프레임 그래버(FG)
725: 모니터
726: 스테이지 구동부
746: 제어부
761: 화상 취입·표시부
762: 화상 기억부
763: CPU

Claims

기판 상에 형성된 패턴의 선폭을 측정하는 선폭 측정 장치의 검사 방법에 있어서,
높이 방향의 위치를 결정하기 위한, 제 1 포커스 에리어와 상기 제 1 포커스 에리어보다 작은 범위의 제 2 포커스 에리어를 마련하고,
측정 위치마다, 제 1 포커스 에리어에서 포커싱(fucusing)할지 제 2 포커스 에리어에서 포커싱할지를 미리 정해 두고,
제 1 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치에 대하여, 측정 위치마다 수평 방향의 위치와 높이 방향의 위치를 측정하고,
제 1 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치의 측정 위치마다의 수평 방향의 위치와 높이 방향의 위치로부터 보간에 의해서, 제 2 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치의 수평 방향의 위치와 높이 방향의 위치를 보정하고,
보정한 위치에서, 제 2 포커스 에리어에서 포커싱하는 측정 위치에서 선폭을 측정하는 것
을 특징으로 하는 선폭 측정 장치의 검사 방법.