JPH01202603A - Fine dimensions measuring apparatus using laser beam - Google Patents
Fine dimensions measuring apparatus using laser beamInfo
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- JPH01202603A JPH01202603A JP2845588A JP2845588A JPH01202603A JP H01202603 A JPH01202603 A JP H01202603A JP 2845588 A JP2845588 A JP 2845588A JP 2845588 A JP2845588 A JP 2845588A JP H01202603 A JPH01202603 A JP H01202603A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明はレーザ光を用いたサブミクロンメートル領域の
微小寸法計測装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an apparatus for measuring minute dimensions in the submicrometer region using laser light.
従来の微小寸法測定は、寸法が測定される被測定物を白
色光源で照明して顕微鏡で高倍率に拡大し、拡大された
像をCCDイメージセンサ−で受光して信号処理を行な
う方法が多く用いられる。Conventional micro-dimensional measurement involves illuminating the object to be measured with a white light source, magnifying it at high magnification with a microscope, and then receiving the magnified image with a CCD image sensor and performing signal processing. used.
信号処理としては、CCDイメージセンサ−からの出力
のビデオ信号をスライスレベルを決めて2値化し、2値
化されたパターンに含まれる画素数をカウントするもの
で、画素数を寸法随に変換して寸法測定を行なっている
。For signal processing, the video signal output from the CCD image sensor is binarized by determining the slice level, and the number of pixels included in the binarized pattern is counted, and the number of pixels is converted to the size. Dimensions are being measured.
白色光源による照明光は空間的コヒーレンシーが低く、
2μm直径程度の微小なスポット径に集光することがで
きず、そのときの光強度分布も安定していない。被測定
物の寸法が1μm以下のサブミクロン領域に達すると、
被測定物から反射される光量は照明光の光量に対してわ
ずかな量となってしまい、反射光を検出したとき照明光
の強度レベルと被測定物による強度レベルの差が少なく
なる。Illumination light from a white light source has low spatial coherency;
The light cannot be focused to a minute spot diameter of about 2 μm in diameter, and the light intensity distribution at that time is also unstable. When the dimensions of the object to be measured reach the submicron region of 1 μm or less,
The amount of light reflected from the object to be measured is small compared to the amount of illumination light, and when the reflected light is detected, the difference between the intensity level of the illumination light and the intensity level due to the object to be measured becomes small.
このようなS/N比の悪い信号による2値化処理は、2
筐化な決めるスライスレベルの設定が困難となり、もし
設定したとしてもスライスレベルの少しの変動でも2値
化パターンが太き(変化するため、寸法測定の精度が低
く、信穎性に乏しい測定になってしまうという欠点があ
る。Binarization processing using such a signal with a poor S/N ratio is
It becomes difficult to set the slice level that is determined by the housing, and even if it is set, the binarization pattern becomes thick (changes) even with a slight change in the slice level, resulting in low dimensional measurement accuracy and unreliable measurements. There is a drawback that it becomes
本発明は上述した従来の問題点を解消させ、サブミクロ
ン領域の微小寸法を高精度に安定して計測することが可
能な寸法計測装置を提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a dimension measuring device capable of solving the above-mentioned conventional problems and stably measuring minute dimensions in the submicron region with high precision.
上記の目的を達成するために、本発明は次のような構成
としている。In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.
レーザ光源から放射されるレーザ光を互いに接近して相
異なる方向に進行する2ビーム光に分離せしめる2ビー
ム光分離手段と、前記2ビーム光を集光して互いに平行
な光路で進行する集光2′ビーム光に変換する集光2ビ
ーム光変換手段と、前記集光2ビーム光を構成する個々
のビームの光強度が最大となる点の間のピーク間距離を
互いに異なる第1と第2の距離に設定せしめるピーク間
距離設定手段と、前記第1と第2のピーク間距離を有す
る前記集光2ビーム光を寸法が計測される被測定物面上
に照射せしめて前記2ビーム光分離手段により予め設定
された領域で第1と第2の光偏向をさせるときの光偏向
を制御する光偏向制御手段と、前記第1と第2の光偏向
の各々の光偏向状態毎に前記被測定物からの反射光を検
出して前記第1と第2の各々の光偏向全体について第1
と第2の反射光強度パターンを作成すると共に該第1と
第2の反射光強度パターンを記憶せしめる反射光強度パ
ターン記憶手段と、前記第1と第2の反射光強度パター
ンのうちの少なくとも1つの反射光強度パターンの形状
を判定するパターン形状判定手段と、前記第1と第2の
反射光強度パターンの各々について予め設定された領域
の基準強度と極値強度を検出するパターン強度検出手段
と、前記第1と第2の反射光強度パターンの基準強度と
極値強度から前記被測定物の第1の寸法と第2の寸法を
演算する寸法演算手段と、前記第1の寸法と第2の寸法
を比較する寸法比較手段と、寸法比較結果に応じて寸法
を決定する寸法決定手段を設けた構成である。a two-beam light separating means for separating laser light emitted from a laser light source into two light beams that approach each other and travel in different directions; and a light condenser that condenses the two light beams and travels along optical paths parallel to each other. a condensed two-beam light converting means for converting into a 2' beam light, and first and second condensed beams having different peak-to-peak distances between the points where the light intensity of the individual beams constituting the condensed two-beam light is maximum; a peak-to-peak distance setting means for setting the distance to a distance of , and separating the two beams by irradiating the condensed two-beam light having the first and second peak-to-peak distances onto the surface of the object whose dimension is to be measured. a light deflection control means for controlling light deflection when the first and second light deflections are made in a preset area by the means; The reflected light from the object to be measured is detected, and the first
reflected light intensity pattern storage means for creating a second reflected light intensity pattern and storing the first and second reflected light intensity patterns; and at least one of the first and second reflected light intensity patterns. pattern shape determining means for determining the shape of one reflected light intensity pattern; and pattern intensity detecting means for detecting a reference intensity and an extreme value intensity of a preset area for each of the first and second reflected light intensity patterns. , dimension calculation means for calculating first and second dimensions of the object to be measured from the reference intensity and extreme intensity of the first and second reflected light intensity patterns; This configuration is provided with a dimension comparing means for comparing the dimensions of and a dimension determining means for determining the dimension according to the result of the dimension comparison.
ガウス型強度分布を有するレーザ光を2ビーム光に分離
して微小なスポット径に集光し、被測定物面上に照射し
て光偏向させて、そのときの反射光を検出すれば、照射
される2ビーム光の合成された光強度分布に応じた反射
光強度パターンが得られるが、2ビーム光を構成する個
々のビームの光強度が最大となる2点間のピーク間距離
を互いに異なる少なくとも2通りの値に設定すれば、そ
のピーク間距離に応じて2ビーム光の光強度分布が変化
するため、ピーク間距離に応じて互いに異なる反射光強
度パターンが検出される。反射光強度パターンの形状は
被測定物の表面形状−表面状態に固有9形状となるため
1反射光強度パターンの形状判定により被測定物とゴミ
、キズ等の区別を行なったり、被測定物の形状不良等の
判定を行なう。Laser light with a Gaussian intensity distribution is separated into two beams, focused on a minute spot diameter, irradiated onto the surface of the object to be measured, deflected, and the reflected light detected. A reflected light intensity pattern corresponding to the combined light intensity distribution of the two beams of light can be obtained, but the distance between the peaks between the two points where the light intensity of the individual beams making up the two beams is maximum is different from each other. If at least two values are set, the light intensity distribution of the two beams changes depending on the distance between the peaks, so different reflected light intensity patterns are detected depending on the distance between the peaks. The shape of the reflected light intensity pattern is unique to the surface shape of the object to be measured - the surface condition. Therefore, by determining the shape of the reflected light intensity pattern, it is possible to distinguish the object to be measured from dust, scratches, etc. Determine whether there is a shape defect, etc.
更に反射光強度パターンの強度レベル、特ニ極値位置の
強度レベルは被測定物の寸法に応じて固有に変化するた
め、前述の2ビーム光のピーク間距離を変化させること
により、互いに異なった形状、強度レベルを有する複数
の反射光強度パターンが検出され、各々の反射光強度パ
ターン毎に固有の寸法値を算出することができる。この
寸法算出を行なうとき、極値強度レベルだけからの寸法
算出は、照射する2ビーム光の強度レベルが変動したと
きに反射光の強度レベルも変動するために誤った測定に
なってしまうため、常に基準強度も同時に検出しておき
、極値強度と基準強度の比の値から寸法算出を行なう。Furthermore, since the intensity level of the reflected light intensity pattern and the intensity level of the special extreme value position change uniquely depending on the dimensions of the object to be measured, by changing the distance between the peaks of the two beams mentioned above, it is possible to A plurality of reflected light intensity patterns having shapes and intensity levels are detected, and a unique dimension value can be calculated for each reflected light intensity pattern. When calculating this dimension, calculating the dimension only from the extreme intensity level will result in an incorrect measurement because when the intensity level of the two beams of light to irradiate changes, the intensity level of the reflected light will also change. The reference intensity is always detected at the same time, and the dimensions are calculated from the ratio of the extreme intensity to the reference intensity.
1つの被測定物に対して得られた複数の寸法値の比較を
行ない、その偏差が一定の範囲内ならば、その測定値は
正しいとして例えば平均値を寸法として決定する。A plurality of dimension values obtained for one object to be measured are compared, and if the deviation is within a certain range, the measured value is considered correct and, for example, the average value is determined as the dimension.
以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第1図に本発明の微小寸法計測装置のシステムブロック
図を示す。FIG. 1 shows a system block diagram of the minute dimension measuring device of the present invention.
1はレーザ光源で、例えばHe −N eレーザ発振管
であって、レーザ光100を放射する。2は2ビーム光
分離手段で、入射されたレーザ光100を互いに接近し
て相異なる方向に進行する2ビーム光101と102に
分離する。2ビーム光101と102の分離角度をθm
とする。6は2′ビーム光101.102のビーム形状
や進行方向を望ましい値に設定するための光学系で、前
述の2ビーム光分離手段2とビームスプリッタ−106
、集光レンズ104及び図示していないが、他の各種の
レンズ類、光学素子から構成されている。Reference numeral 1 denotes a laser light source, for example, a He-Ne laser oscillation tube, which emits laser light 100. 2 is a two-beam light separating means that separates the incident laser light 100 into two light beams 101 and 102 that approach each other and travel in different directions. The separation angle of the two beams 101 and 102 is θm
shall be. Reference numeral 6 denotes an optical system for setting the beam shape and traveling direction of the 2' beam lights 101 and 102 to desired values, which includes the above-mentioned two-beam light separation means 2 and the beam splitter 106.
, a condenser lens 104, and various other lenses and optical elements (not shown).
4は集光2ビーム光変換手段で、具体的には対物レンズ
から成り、分離角度θmで進行する2ビーム光101,
102を平行な光路で進行させると共に、微小なスポッ
ト径に集光した集光2ビーム光105,106に変換す
る。5は2ビーム光制御ドライバーで、2ビーム光分離
手段2の光学動作を電気的に制御するための電気信号を
作成するもので、得られた電気信号を2ビーム光分離手
段2に印加する。6はピーク間距離設定手段で、具体的
には正弦波で各種の周波数を発生させる交流発娠器から
成り、出力信号を2ビーム光制御ドライバー5に印加し
、2ビーム光分離手段2の2ビーム光分離の光学動作を
制御して分離角度θmを交流信号の周波数に応じた角度
に変化させ、従って集光2ビーム光を構成する個々のビ
ーム105.106の光強度が最大となる点の間のピー
ク間距離CWを変化させる。レーザ光100の光強度分
布はガウス型分布を示すため、集光2ビーム光105,
106の各々のビームの光強度分布もガウス型分布とな
り合成された光強度分布もガウス型分布を重ね合せたも
のになる。ピーク間距離設定手段6から発せられる交流
信号の周波数を互いに異なる第1の周波数fm1、第2
の周波数f”29・・・fmn に設定して2ビーム光
の分離角度を互いに異なるθmu、θr112.・・・
θmnに変化させ、従って集光2ビーム光105,10
6のピーク間距離CWを互いに異なる第1の距離CW、
、第2の距離CW2、・・・CW、に設定する。Reference numeral 4 denotes a condensing two-beam light conversion means, which is specifically composed of an objective lens, and converts the two-beam light 101 traveling at a separation angle θm,
The beam 102 is caused to travel along a parallel optical path, and is converted into two condensed beams 105 and 106 condensed into a minute spot diameter. Reference numeral 5 denotes a two-beam light control driver that generates an electrical signal for electrically controlling the optical operation of the two-beam light separation means 2, and applies the obtained electrical signal to the two-beam light separation means 2. Reference numeral 6 denotes a peak-to-peak distance setting means, which is specifically composed of an AC generator that generates various frequencies with a sine wave, and applies an output signal to the two-beam light control driver 5, and the two-beam light separation means 2. The optical operation of the beam separation is controlled to change the separation angle θm to an angle according to the frequency of the AC signal, so that the light intensity of each beam 105 and 106 constituting the two condensed beams is maximized. The peak-to-peak distance CW between the two peaks is changed. Since the light intensity distribution of the laser beam 100 shows a Gaussian distribution, the two beams of condensed beam 105,
The light intensity distribution of each of the beams 106 is also a Gaussian distribution, and the combined light intensity distribution is also a superposition of Gaussian distributions. The frequency of the AC signal emitted from the peak-to-peak distance setting means 6 is set to a first frequency fm1 and a second frequency fm1, which are different from each other.
The frequencies f''29...fmn are set, and the separation angles of the two beams are set to different angles θmu, θr112...
θmn, and therefore the two focused beams 105, 10
6 inter-peak distances CW are mutually different first distances CW,
, second distance CW2, . . . CW.
ここでnは制御を行なう回数である。7は光偏向制御手
段で、具体的にはランプ波発生器あるいは直流電圧が任
意に変化せられる直流電圧発生器から構成されるもので
、2ビーム光制御ドライバー5に電圧信号を印加し、2
ビーム光分離手段2の光偏向の光学動作を制御して電圧
値に応じた位置に光偏向を行なわせ、光偏向制御手段7
から発せられる電圧範囲に応じた幅だけ光偏向を行なう
。Here, n is the number of times the control is performed. Reference numeral 7 denotes an optical deflection control means, which is specifically composed of a ramp wave generator or a DC voltage generator whose DC voltage can be arbitrarily changed.
The optical deflection control means 7 controls the optical operation of the light deflection of the beam separation means 2 to deflect the light to a position according to the voltage value.
The beam is deflected by a width corresponding to the voltage range emitted from the beam.
この光偏向は前述のピーク間距離CWが第1の距離CW
、の場合を第1の光偏向、CWが第2の距離CW2、・
・・CWnの場合を第2の光偏向とする。This optical deflection is such that the above-mentioned peak-to-peak distance CW is the first distance CW.
, the first optical deflection, CW is the second distance CW2, .
...The case of CWn is defined as the second optical deflection.
ここで光偏向は2ビーム光101,102の分離角度θ
mを一定の角度に保ち、進行方向が変化させられ、例え
ば光偏向制御手段7から発せられる電圧がvsからVp
までの電圧幅△Vで変化するとき、集光2ビーム光10
5,106の中心位置は点107から点108の間で変
化させられる。Here, the optical deflection is the separation angle θ of the two beams 101 and 102.
m is kept at a constant angle, the traveling direction is changed, and, for example, the voltage emitted from the optical deflection control means 7 changes from vs to Vp.
When changing the voltage width △V up to 10
The center position of 5,106 is varied between point 107 and point 108.
8は寸法が計測される被測定物で、寸法測定部109、
基材部110から成り、寸法測定部109の寸法lを測
定する。被測定物8は例えば集積回路のパターン配線部
、磁気ヘッド等であり、寸法測定部109の寸法lはサ
ブミクロン領域の寸法である。寸法測定部109と基材
部110の段差は1μm以下で、照射される集光2ビー
ム光105.106の焦点深度内であり、寸法測定部1
09の反射率rmと基材部110の反射率rsは異なっ
ていると仮定する。Reference numeral 8 denotes an object to be measured whose dimensions are measured, including a dimension measuring section 109;
It consists of a base material part 110 and measures the dimension l of the dimension measuring part 109. The object to be measured 8 is, for example, a pattern wiring portion of an integrated circuit, a magnetic head, etc., and the dimension l of the dimension measuring section 109 is a dimension in the submicron region. The difference in level between the dimension measuring section 109 and the base material section 110 is 1 μm or less, which is within the depth of focus of the irradiated two-beam light 105 and 106.
It is assumed that the reflectance rm of 09 and the reflectance rs of the base material portion 110 are different.
被測定物8は集光2ビーム光105,106の焦点位置
にセットされていて、寸法lよりも広い範囲の点107
と点108の間で集光2ビーム光が光偏向される。被測
定物8からの反射光は正反射されて逆方向に進行し、ビ
ームスプリッタ−103で進路を変えられ1反射光11
1,112として集光レンズ104で集光され、−点に
重ね合わせられて光電変換部9で受光される。光電変換
部9はpinフォトダイオード等の受光器で受光すると
共に、電流−電圧変換を行なって反射光強度に比例した
電圧信号を発生する。The object to be measured 8 is set at the focal position of the two condensed beams 105 and 106, and a point 107 in a wider range than the dimension l is set.
The two focused beams of light are optically deflected between the point 108 and the point 108. The reflected light from the object to be measured 8 is specularly reflected and travels in the opposite direction, and its course is changed by the beam splitter 103 to form 1 reflected light 11.
1,112 is condensed by the condenser lens 104, superimposed on the - point, and received by the photoelectric conversion unit 9. The photoelectric conversion unit 9 receives light with a light receiver such as a pin photodiode, and performs current-voltage conversion to generate a voltage signal proportional to the intensity of reflected light.
以下の説明においては前述の光電変換された電圧信号の
大きさのことを単に反射光強度と呼ぶ。In the following description, the magnitude of the photoelectrically converted voltage signal will be simply referred to as reflected light intensity.
この反射光強度の検出は第1の光偏向、第20光偏向そ
れぞれについての各々の光偏向状態毎に行なう。即ち光
偏向制御手段7から発せられる電圧信号が電圧■sから
電圧Vpまでリニアーに変化するランプ波発生器からの
電圧である場合に、その範囲の微小な電圧変化幅△Vt
毎に反射光強度を検出する。This detection of the reflected light intensity is performed for each light deflection state for the first light deflection and the 20th light deflection. That is, when the voltage signal emitted from the optical deflection control means 7 is a voltage from a ramp wave generator that changes linearly from the voltage ■s to the voltage Vp, the minute voltage change width △Vt in that range
The reflected light intensity is detected every time.
10はA/D変換部で、アナログ景の反射光強度をディ
ジタル量の反射光強度に変換する。11は反射光強度パ
ターン記憶手段で、具体的には半導体集積回路のRAM
で構成され、第1の光偏向によって得られた反射光強度
データの集合である第1の反射光強度パターン(Pi)
をRAM116に記憶し、また同じ(第2の光偏向
によって得られた反射光強度データの集合である第2の
反射光強度パターン(Pi)nをRAMI 14に記憶
する。この第1と第2の反射光強度パターンは集光2ビ
ーム光105.106の合成された光強度分布が互いに
異なっているために、互いに異なった形状をしている。Reference numeral 10 denotes an A/D converter which converts the reflected light intensity of an analog scene into a digital amount of reflected light intensity. Reference numeral 11 denotes a reflected light intensity pattern storage means, specifically a RAM of a semiconductor integrated circuit.
The first reflected light intensity pattern (Pi) is a set of reflected light intensity data obtained by the first light deflection.
is stored in the RAM 116, and a second reflected light intensity pattern (Pi)n, which is a set of reflected light intensity data obtained by the second optical deflection, is also stored in the RAMI 14. The reflected light intensity patterns have different shapes because the combined light intensity distributions of the two condensed beams 105 and 106 are different from each other.
12はパターン形状判定手段で、具体的にはマイクロプ
ロセッサ−の演算によって行なわれるもので、第1の反
射光強度パターン(Pi)■、あるいは第2の反射光強
度パターン(Pi)■、あるいは両者の形状を判定する
。Reference numeral 12 denotes a pattern shape determining means, which is specifically executed by a calculation of a microprocessor, and is used to determine whether the first reflected light intensity pattern (Pi)■, the second reflected light intensity pattern (Pi)■, or both. Determine the shape of.
被測定物8の形状、特に寸法測定部109の形状が異常
な場合は当然寸法lも異常となるため、計測しようとす
る対象物が適正か否かを判定することが必要である。一
般に反射光強度パターンは被測定物80表面状態、表面
形状、寸法及び照射される集光2ビーム105,106
のピーク間距離に応じて固有の形状のパターンを示すた
め、予め予想されるパターンと異なるパターンが得られ
たときは異常であると判定することができる。If the shape of the object to be measured 8, especially the shape of the dimension measuring section 109, is abnormal, the dimension l will naturally also be abnormal, so it is necessary to determine whether or not the object to be measured is appropriate. In general, the reflected light intensity pattern is based on the surface condition, surface shape, and dimensions of the object to be measured 80 and the two focused beams 105 and 106 that are irradiated.
Since a pattern with a unique shape is shown depending on the distance between peaks, it can be determined that there is an abnormality when a pattern different from a pattern expected in advance is obtained.
16はパターン強度検出手段で、具体的にはマイクロプ
ロセッサ−の演算によって行なわれるもので、パターン
形状判定手段12で適正となったパターンについて、第
1と第2の反射光強度パターンの各々について予め設定
された領域の基準強度と極値強度を検出する。反射光強
度パターンの詳細については後に詳しく述べるが、一般
には集光2ビーム光105,106のピーク間距離CW
に応じて、V型、U型、W型のパターンを示し、各々の
パターンについての極小(最小)あるいは極太部の極値
強度及び基準強度を検出する。Reference numeral 16 denotes a pattern intensity detecting means, which specifically performs calculation by a microprocessor, and detects in advance each of the first and second reflected light intensity patterns for the pattern determined to be appropriate by the pattern shape determining means 12. Detect the reference intensity and extreme value intensity of the set area. The details of the reflected light intensity pattern will be described in detail later, but in general, the distance CW between the peaks of the two focused beams 105 and 106
Accordingly, V-shaped, U-shaped, and W-shaped patterns are shown, and the extreme value intensity and reference intensity of the minimum (minimum) or thick portion of each pattern are detected.
ここで基準強度はV型、U型、W型のパターンの基線部
となる部分に相当する強度である。反射光強度パターン
の極値強度は寸法JK応じて固有に変化するが、極値強
度だけから寸法を算出するのは、例えば照射する集光2
ビーム光が合成されたときの強度レベルが変動したとき
に反射光の強度レベルもそれに応じて変動してしまうた
めに誤まった測定になり、信頼性が乏しくなってしまう
。Here, the reference intensity is the intensity corresponding to the base line portion of the V-shaped, U-shaped, and W-shaped patterns. The extreme value intensity of the reflected light intensity pattern changes uniquely depending on the dimension JK, but calculating the dimension only from the extreme value intensity is, for example, the irradiation focused light 2
When the intensity level of the combined light beams fluctuates, the intensity level of the reflected light also fluctuates accordingly, resulting in erroneous measurements and poor reliability.
従って極値強度と共に、基準強度も検出するが、基準強
度は集光2ビーム光105,106のピーク間距離の大
きさにはよらず一定値であるが、極値強度はピーク間距
離の設定に応じて変化するため第1と第2の反射光強度
パターンの極値強度はそれぞれ異なっている。Therefore, the reference intensity is also detected along with the extreme value intensity, but the reference intensity is a constant value regardless of the size of the distance between the peaks of the two focused beams 105 and 106, but the extreme value intensity is determined by the setting of the distance between the peaks. , the extreme value intensities of the first and second reflected light intensity patterns are different from each other.
14は寸法演算手段で、同じ(マイクロプロセッサ−の
演算によって行なわれ、パターン強度検山手段16で検
出された基準強度と極値強度の関係から被測定物80寸
法を算出する。ここで第1と第2の反射光強度パターン
から得られた極値強度と基準強度の比のr直である反射
光強度比は被測定物80寸法副走部109と基材部11
0の各々の材質が同じである限り、寸法jに直接に対応
するから、第1の反射光強度パターンからは第1の寸法
、第2の反射光強度パターンからは第2の寸法が算出さ
れる。寸法算出においては、計測して得られた反射光強
度に関する景を寸法に変換するときの変換係数が必要で
ある。この変換係数を作成するには、例えば各種の異な
る寸法を持つ被測定物の寸法を電子顕微鏡を用いて測定
しておき。Reference numeral 14 denotes a dimension calculation means which calculates the dimensions of the object to be measured 80 based on the relationship between the reference intensity and the extreme value intensity detected by the pattern intensity detection means 16. The reflected light intensity ratio, which is the direct ratio of the extreme value intensity obtained from the second reflected light intensity pattern and the reference intensity, is based on the dimensions of the object to be measured 80, the secondary running portion 109 and the base material portion 11.
As long as the material of each of Ru. In calculating the dimensions, a conversion coefficient is required when converting the scene related to the measured reflected light intensity into dimensions. To create this conversion coefficient, for example, the dimensions of various objects to be measured having different dimensions are measured using an electron microscope.
次に同じものを前述した方法で測定して極値強度と基準
強度の比を求め、両者の間の相関を示す実験式を作成す
れば変換係数が求められ、この変換係数を半導体集積回
路のRAM、あるいはROMに記憶しておき、寸法算出
の基準とすればよい。Next, measure the same thing using the method described above to find the ratio of the extreme value intensity to the reference intensity, and create an empirical formula that shows the correlation between the two to find the conversion coefficient. It may be stored in RAM or ROM and used as a reference for dimension calculation.
15は寸法比較手段で、マイクロプロセッサ−の演算に
よって行ない、前述した寸法演算手段14で求められた
第1の寸法と第2の寸法を比較する。16は寸法決定手
段で、同じ(マイクロプロセッサ−の演算によって行な
うもので、寸法比較手段15での比較結果に応じて被測
定物8の寸法を最終的に決定する。Reference numeral 15 denotes dimension comparison means, which is operated by a microprocessor and compares the first dimension and second dimension determined by the aforementioned dimension calculation means 14. Reference numeral 16 denotes dimension determining means, which is operated by the same microprocessor and finally determines the dimensions of the object to be measured 8 in accordance with the comparison result of the dimension comparing means 15.
和られた第1と第2の寸法の差が設定された範囲より小
さい値のときは正しい計測が行なわれたとして、両者の
寸法の平均値を寸法と決定すればよい。If the difference between the summed first and second dimensions is smaller than the set range, it is assumed that the measurement has been performed correctly, and the average value of both dimensions may be determined as the dimension.
また両者の寸法が異なっているときは、両者共にあるい
はどちらか一方で正しくない計測を行なったということ
になり、同じ条件で再測定を行なったり、あるいはピー
ク間距離を他の条件に変えて再測定を行なわせたり、あ
るいは測定不能としてNG表示を行なう。Also, if the dimensions of the two are different, it means that an incorrect measurement was made for both or one of them, and the measurement must be re-measured under the same conditions or by changing the peak-to-peak distance to a different condition. Make the measurement take place, or display NG as measurement impossible.
以上のようにして集光2ビーム光105.106のピー
ク間距離CWを複数の距離の状態に変えることにより、
合成された光強度分布が互いに異なる状態で光偏向を行
なわせ、互いに異なる強度レベルの反射光強度パターン
を検出することにより、複数の寸法情報が算出でき、そ
れらの寸法を比較することにより高精度、高信頼性の寸
法計測が可能となる。By changing the peak-to-peak distance CW of the two focused beams 105 and 106 into multiple distance states as described above,
By deflecting light with different combined light intensity distributions and detecting reflected light intensity patterns with different intensity levels, multiple dimensional information can be calculated, and by comparing these dimensions, high precision can be achieved. , enables highly reliable dimensional measurement.
以上説明した2ビーム光分離及び光偏向を行なわせる光
学デバイスとしては音響光学素子(以下にAOと略記す
る)が優れている。AO及びAOを制御する音響光学素
子ドライバー(2ビーム光制御ドライバー5に相当)の
詳細については、本願発明者による特許出願の特願昭6
2−51617及び特願昭62−85545に詳細に述
べられているため、本願明細書において省略する。As an optical device for performing the two-beam light separation and light deflection described above, an acousto-optic element (hereinafter abbreviated as AO) is excellent. For details of the AO and the acousto-optic element driver (corresponding to the two-beam optical control driver 5) that controls the AO, please refer to the patent application filed in 1983 by the inventor of the present application.
2-51617 and Japanese Patent Application No. 62-85545, it will be omitted in this specification.
また2ビーム光を用いた光偏向による反射光強度パター
ンについても前記の2つの特許出願に記述されているた
め、本願明細書では詳細は省略する。Further, since the reflected light intensity pattern by optical deflection using two beams of light is also described in the above two patent applications, the details will be omitted in this specification.
次に本発明の第1の実施例であるピーク間距離CWが2
つの状態に変化される例を説明する。第2図に2ビーム
光の光強度分布と反射光強度パターンの一例を示す。第
2図(イ)及び(ロ)は集光2ビーム光105,106
の光強度分布を示す波形図(計算筐)で、横軸はビーム
の直径方向の距離、たて軸は光強度である。曲線20は
集光されたビーム105の光強度分布、曲線21は同じ
くビーム106の光強度分布を示し、各々の光強度分布
はガウス型分布である。ガウス型分布を持つレーザ光の
ビーム直径りは、最大強度の13.5%の強度点の間の
距離で定義される。Next, in the first embodiment of the present invention, the peak-to-peak distance CW is 2.
An example of changing to two states will be explained. FIG. 2 shows an example of the light intensity distribution of two beam lights and the reflected light intensity pattern. Figure 2 (a) and (b) show two condensed beams of light 105 and 106.
A waveform diagram (calculation box) showing the light intensity distribution of , where the horizontal axis is the distance in the diametrical direction of the beam, and the vertical axis is the light intensity. A curve 20 shows the light intensity distribution of the focused beam 105, and a curve 21 shows the light intensity distribution of the beam 106, and each light intensity distribution is a Gaussian distribution. The beam diameter of a laser beam with a Gaussian distribution is defined as the distance between intensity points of 13.5% of the maximum intensity.
第2図(イ)のピーク間距離CW、はビーム直径りの1
0%の0.1D、第2図(ロ)のピーク間距離CW2は
同じくビーム直径の80%の0.8Dの設定であり、C
W、が第1のピーク間距離、CW。The peak-to-peak distance CW in Figure 2 (a) is 1 of the beam diameter.
The peak-to-peak distance CW2 in Figure 2 (b) is also set to 0.8D, which is 80% of the beam diameter, and C
W, is the first peak-to-peak distance, CW.
が第2のピーク間距離である。is the second inter-peak distance.
曲線22は第2図(イ)の曲線20と曲線21で示され
る2つの強度が重ね合わされて合成された光強度分布を
示し、曲線26も同じ(第2図(ロ)の曲線20と曲線
21を重ね合わされて合成された光強度分布を示し、実
際に被測定物8に照射されるときの光強度分布である。Curve 22 shows the light intensity distribution obtained by superimposing the two intensities shown by curve 20 and curve 21 in Fig. 2 (a), and curve 26 is the same (curve 20 and curve 21 is superimposed and synthesized, and is the light intensity distribution when the object to be measured 8 is actually irradiated.
このように2ビーム光のピーク間距離が異なれば合成さ
れた光強度分布は異なるが、そのときの光強度の総和は
一定である。In this way, if the distance between the peaks of the two beams differs, the combined light intensity distribution will differ, but the sum of the light intensities at that time is constant.
ピーク間距離が小さい場合は逆V型、大きい場合は逆W
型の光強度分布となる。第2図(ハ)、に)は反射光強
度パターンの例で、第2図(/杉ま第2図(イ)に示し
たCWlのピーク間距離の状態で第1の光偏向を行なっ
たとき、第2図に)は第2図(ロ)に示したCW2のピ
ーク間距離の状態で第2の光偏向を行なったときに各々
得られる反射光強度パターン例で(いずれも計算値)、
グラフの横軸は光偏向を行なわせるときのランプ波電圧
の偏向電圧値(光偏向量に対応)、たて軸は反射光強度
(相対値)である。ピーク間距離が小さいCW、の場合
はV型、ピーク間距離が大きいCW2の場合はW型の反
射光強度パターンが得られる。When the distance between peaks is small, it is an inverted V shape, and when it is large, it is an inverted W shape.
This results in a type of light intensity distribution. Figures 2 (c) and 2) are examples of reflected light intensity patterns, and the first light deflection was performed with the CWl peak-to-peak distance shown in Figure 2 (/Sugima). Figure 2) is an example of the reflected light intensity pattern obtained when the second light deflection is performed at the peak-to-peak distance of CW2 shown in Figure 2 (b) (all calculated values). ,
The horizontal axis of the graph is the deflection voltage value of the lamp wave voltage (corresponding to the amount of optical deflection) when light is deflected, and the vertical axis is the reflected light intensity (relative value). In the case of CW with a small distance between peaks, a V-shaped reflected light intensity pattern is obtained, and in the case of CW2 with a large distance between peaks, a W-shaped reflected light intensity pattern is obtained.
このようにピーク間距離CWの大きさによりて異なる形
状の反射光強度パターンが得られ、従って各々のパター
ンの極値位置の極値強度も異なる。In this way, reflected light intensity patterns of different shapes are obtained depending on the magnitude of the inter-peak distance CW, and therefore the extreme value intensities at the extreme positions of each pattern are also different.
■型の反射光強度パターンの場合は極小(最小)強度V
p 、 W型の反射光強度パターンの場合は極小(最
小)強度m p 、極太強度Cpが存在する。■In the case of a shaped reflected light intensity pattern, the minimum (minimum) intensity V
In the case of a p, W-type reflected light intensity pattern, there is a minimal (minimum) intensity m p and a very thick intensity Cp.
この極値強度VJ)、mp、Cpはそれぞれ寸法lに応
じて固有に変化するため、各々の極値強度から独立に寸
法が算出され、得られた寸法値を比較する。Since the extreme strengths VJ), mp, and Cp each vary uniquely depending on the dimension l, the dimensions are calculated independently from each extreme strength, and the obtained dimension values are compared.
以上の実施例においてはピーク間距離が小さい場合と大
きい場合の2種類の例であったが、ピーク間距離の設定
は計測する寸法範囲、被測定物の表面状態、許容される
寸法計測精度さらには計測環境等に応じて設定する必要
がある。In the above example, there were two types of cases where the distance between peaks was small and when it was large, but the setting of the distance between peaks depends on the dimensional range to be measured, the surface condition of the object to be measured, the allowable dimensional measurement accuracy, and must be set according to the measurement environment, etc.
第3図にピーク間距離CWをパラメータとしたときの寸
法と反射光の極値強度の関係の計算例を示す。第2図で
説明した如(、ピーク間距離はレーザ光の直径を基準に
して表わすと都合がよい。FIG. 3 shows an example of calculation of the relationship between the dimensions and the extreme intensity of reflected light when the peak-to-peak distance CW is used as a parameter. As explained in FIG. 2, it is convenient to express the inter-peak distance based on the diameter of the laser beam.
更には同様にして寸法もレーザ光の直径を基準にして規
格化して表わすことにする。レーザ光の直径を1に規格
化して以下の図の説明をする。第3図のグラフの横軸は
規格化された規格化寸法、たて軸は極値強度と基準強度
の比の反射光強度比(%で表示)である。Furthermore, in the same way, the dimensions will be standardized and expressed based on the diameter of the laser beam. The following figure will be explained by normalizing the diameter of the laser beam to 1. The horizontal axis of the graph in FIG. 3 is the normalized dimension, and the vertical axis is the reflected light intensity ratio (expressed in %) of the ratio of the extreme value intensity to the reference intensity.
曲線61はCW=0.1(ピーク間距離がレーザ光直径
の10%)のときの極小強度791曲線32はCW=0
.3のときの極小強度Vpの寸法による変化を示したも
ので、いずれもV型の反射光強度パターンである。曲線
33はCW=0.5のときの極小強度vpの変化である
が、この場合はU型の形状である。Curve 61 shows the minimum intensity 791 when CW=0.1 (distance between peaks is 10% of the laser beam diameter); curve 32 shows CW=0.
.. 3 shows the change in minimum intensity Vp due to dimensions, and both have a V-shaped reflected light intensity pattern. The curve 33 shows the change in the minimum intensity vp when CW=0.5, but in this case it has a U-shaped shape.
曲線64はcw=o、aの場合のW型パターンの極小強
度m p 、曲線65は同じ(極太強度Cpの寸法によ
る変化を示したものである。第3図のグラフから明らか
な如(、ピーク間距離CWが小さくなるに従って反射光
強度比は小さな値を持ち、かつ曲線の傾きが太き(なる
。また規格化寸法が小さいときはピーク間距離による反
射光強度比の変化は小さ(、逆に規格化寸法が大きくな
るとピーク間距離による反射光強度比の変化が太き(な
る。規格化寸法の変化に対する反射光強度比の変化が太
きいということは寸法の検出精度が高(なることに対応
するため、計測する寸法が比較的太きいときは一般的に
はピーク間距離CWが小さい状態に設定して反射光強度
パターンを検出すれば高精度の計測が行なわれる。また
計測する寸法が小さいとき(規格化寸法で0.2以下に
相半)は、ピーク間距離CWを小さい状態から大きい状
態まで、例えば3通り以上に変化させて反射光強度パタ
ーンを計測すればよい。Curve 64 shows the minimum strength m p of the W-shaped pattern when cw=o and a, and curve 65 shows the change depending on the dimensions of the same (very thick strength Cp).As is clear from the graph in FIG. As the peak-to-peak distance CW becomes smaller, the reflected light intensity ratio has a smaller value, and the slope of the curve becomes thicker.Also, when the normalized dimension is small, the change in the reflected light intensity ratio due to the peak-to-peak distance is small (, Conversely, as the normalized dimension increases, the change in the reflected light intensity ratio due to the distance between peaks increases (becomes larger).The larger the change in the reflected light intensity ratio with respect to the change in the normalized dimension means that the detection accuracy of the dimension is higher (becomes larger). In order to cope with this, when the dimension to be measured is relatively large, high-precision measurement is generally performed by setting the peak-to-peak distance CW to be small and detecting the reflected light intensity pattern. When the dimensions are small (normalized dimensions are 0.2 or less), the reflected light intensity pattern may be measured by changing the peak-to-peak distance CW from a small state to a large state, for example, in three or more ways.
′以上の如(、計測する寸法領域に応じてピーク間距離
の設定、及びピーク間距離を変化させる回数を決定すれ
ば高精度計測が可能となる。As described above, high-accuracy measurement is possible by setting the peak-to-peak distance and determining the number of times the peak-to-peak distance is changed according to the dimension region to be measured.
第3図に示した計算例は第2図(イ)、(ロ)に示した
単一のレーザ光105及び106のビーム直径ヲ1に規
格化したときの例であったが、本発明の微小寸法計測装
置における光学系の場合、集光された単一のレーザ光の
ビーム直径は略1.8μmであるため、実際の寸法値は
規格化寸法の値に1.8を乗ずればよい。また第3図に
示したグラフは寸法測定部109の反射率rmと基材部
11oの反射率raとの比である相対反射率が0.25
の場合の例である。相対反射率が異なれば第3図のグラ
フの形状は当然変化するが、相対反射率が小さ(なるほ
ど反射光強度比の値は低下する。The calculation example shown in FIG. 3 is an example when the beam diameter of the single laser beams 105 and 106 shown in FIGS. 2(a) and 2(b) is normalized to 1. In the case of an optical system in a micro-dimensional measurement device, the beam diameter of a single focused laser beam is approximately 1.8 μm, so the actual dimension value can be determined by multiplying the standardized dimension value by 1.8. . Further, the graph shown in FIG. 3 shows that the relative reflectance, which is the ratio of the reflectance rm of the dimension measuring section 109 and the reflectance ra of the base material section 11o, is 0.25.
This is an example of the case. If the relative reflectance differs, the shape of the graph in FIG. 3 naturally changes, but the relative reflectance is small (as the relative reflectance is small, the value of the reflected light intensity ratio decreases).
第3図の説明で反射光強度比を用いたが、反射光強度比
は極値強度と基準強度の比である。Although the reflected light intensity ratio is used in the explanation of FIG. 3, the reflected light intensity ratio is the ratio between the extreme value intensity and the reference intensity.
次に基準強度について説明する。Next, reference strength will be explained.
第4図に基準強度を検出する方法を説明するための反射
光強度パターンの例を示す。第4図(イ)はV型の反射
光強度パターンの例で、点40の位置が極小位置である
。グラフの横軸は光偏向を制御する光偏向制御手段7に
よるランプ波電圧の電圧値である。点40の極小位置に
光偏向されたときのランプ波電圧の電圧値をVaとする
。この反射光強度パターンの場合の基準強度は点線で示
した部分41の電圧Vaに対応する点42の強度である
。極小部分をはさんで強度レベルが高い領域43、領域
44の部分は集光2ビーム光105.106が被測定物
80基材部110に照射されている場合の反射光で基線
部に相当する。FIG. 4 shows an example of a reflected light intensity pattern for explaining the method of detecting the reference intensity. FIG. 4(a) is an example of a V-shaped reflected light intensity pattern, in which the position of point 40 is the minimum position. The horizontal axis of the graph is the voltage value of the lamp wave voltage generated by the optical deflection control means 7 that controls optical deflection. Let Va be the voltage value of the lamp wave voltage when the light is deflected to the minimum position of point 40. The reference intensity in the case of this reflected light intensity pattern is the intensity at a point 42 corresponding to the voltage Va at a portion 41 indicated by a dotted line. Areas 43 and 44, which have a high intensity level across the minimum area, are reflected light when the focused two-beam light 105, 106 is irradiated onto the object to be measured 80 and the base material part 110, and correspond to the baseline area. .
なお基材部1100反射率rsと寸法測定部10900
90反射率r s ) r mと仮定している。In addition, the reflectance rs of the base material part 1100 and the dimension measurement part 10900
90 reflectance r s ) r m.
第4図(ロ)のグラフの波形45は集光2ビーム光10
5.106が被測定物8の基材部110に照射されて光
偏向されたときの反射光強度パターンで、偏向特性を示
すグラフである。一般には音響光学素子を用いた場合、
偏向特性は全体の偏向領域で完全にはフラットな波形に
はならないで、偏向領域の両端部で偏向効率が低下して
いるが、中央部ではほぼ一定の偏向効率を示す。The waveform 45 in the graph of FIG.
5.106 is a reflected light intensity pattern when the base material portion 110 of the object to be measured 8 is irradiated and the light is deflected, and is a graph showing the deflection characteristics. Generally, when using an acousto-optic element,
The deflection characteristics do not have a completely flat waveform in the entire deflection region, and the deflection efficiency decreases at both ends of the deflection region, but shows almost constant deflection efficiency in the center.
従って被測定物8の寸法測定部109は偏向領域のほぼ
中央部付近になるような初期設定を行なえばよい。点4
6は偏向電圧がVaの位置に相当する。このときの反射
光強度の大きさが、第4図(イ)に示した点420反射
光強度となり、即ち基準強度である。Therefore, the dimension measuring section 109 of the object to be measured 8 may be initially set so as to be located approximately at the center of the deflection area. Point 4
6 corresponds to the position where the deflection voltage is Va. The magnitude of the reflected light intensity at this time becomes the reflected light intensity at point 420 shown in FIG. 4(A), that is, the reference intensity.
従って第4図(ロ)に示した波形45の反射光強度のデ
ータを半導体集積回路のRAMあるいはROMに記憶し
ておき、測定によって得られた極値場所の偏向電圧に対
応する反射光強度のデータを参照して基準強度とすれば
よい。Therefore, the data of the reflected light intensity of the waveform 45 shown in FIG. The standard strength may be determined by referring to the data.
また他の方法として、第4図(イ)の反射光強度パター
ンを検出して、極値強度及び極値位置の偏向電圧値を検
出したら、例えば移動テーブルを用いて被測定物8を移
動させて、基材部110で再び光偏向を行なわせて、極
値場所に相当する位置の反射光強度を検出して基準強度
としてもよい。Another method is to detect the reflected light intensity pattern shown in FIG. Then, the light may be deflected again by the base member 110, and the reflected light intensity at the position corresponding to the extreme value location may be detected and used as the reference intensity.
以上の説明では基準強度は1点としての強度を用いる例
であったが、極値位置を中心としである領域の反射光強
度の平均値を用いて基準強度としてもよい。以上の方法
を用いて極値強度と基準強度の比から第3図で説明した
反射光強度比が求められるが、例えばピーク間距離CW
が小さい場合は、反射光強度比が1%の変動が寸法に換
算して0.02μm以内の変動となるため、第1図で説
明した反射光強度を検出してA/D変換するときのA/
D変換部10は10ビツトの変換を行なえば0.01μ
m以下の精度で寸法算出を行なうことができる。In the above description, the reference intensity is an example in which the intensity at one point is used, but the reference intensity may be determined by using the average value of the reflected light intensity in a certain area centered on the extreme position. Using the above method, the reflected light intensity ratio explained in FIG. 3 can be obtained from the ratio of the extreme value intensity and the reference intensity.
If the ratio of reflected light intensity is small, a 1% variation in the reflected light intensity ratio will result in a variation within 0.02 μm when converted to dimensions, so when detecting the reflected light intensity and performing A/D conversion as explained in Figure 1. A/
The D converter 10 converts 10 bits into 0.01μ.
Dimensions can be calculated with an accuracy of m or less.
次に反射光強度パターン判定について述べる。Next, reflected light intensity pattern determination will be described.
第5図にV型、W型反射光強度パターンの各種のパター
ン例を示す。第5図(イ)の曲線50は正常なV型パタ
ーン例で、極小部501の部分は単調減少、右側506
の部分は単調増加する。線504はV型パターンの曲線
50を2値化するためのスライスレベルである。反射光
強度パターンの曲線50の強度変化は一定の様子に従っ
て変化するため、極小部5010強度レベルに対して設
定すした1504のスライスレベルでのパターン幅1ま
ある一定の幅を持ち、2値化したときの2唾化パターン
は1回ずつの立ち下がりと立ち上がり変化を示す。この
ような場合は正常であると判定する。FIG. 5 shows various examples of V-type and W-type reflected light intensity patterns. The curve 50 in FIG. 5(a) is an example of a normal V-shaped pattern, where the minimum portion 501 is monotonically decreasing, and the right side 506
The part increases monotonically. A line 504 is a slice level for binarizing the V-pattern curve 50. Since the intensity change of the curve 50 of the reflected light intensity pattern changes according to a certain pattern, the pattern width 1 at the slice level 1504 set for the minimum part 5010 intensity level has a certain width and is binarized. When this happens, the double saliva pattern shows one falling and one rising change. In such a case, it is determined to be normal.
第5図(ロ)の曲線51は大きなゴミが寸法測定部10
9の全面に付着している場合の反射光強度パターン例で
、極小部5100強度レベルは減少すると共に、極小強
度レベルに対して設定されたスライスレベル511で2
値化したときの2値化パターン幅も太き(なる。2値化
パターンの変化は第5図(イ)の場合と同様に立ち下が
り、立ち上がり共に1回である。The curve 51 in FIG.
In the example of the reflected light intensity pattern when the light is attached to the entire surface of 9, the intensity level of the minimum part 5100 decreases, and at the slice level 511 set for the minimum intensity level, the intensity level of the minimum part 5100 decreases.
The width of the binarization pattern when it is converted into a value is also thick (it becomes thick).The change in the binarization pattern is once for both falling and rising edges, as in the case of FIG. 5(A).
このように2値化パターンの変化は正常でも、極値強度
レベル、2値化パターン幅が異常な場合は異常パターン
と判定できる。本例の場合にゴミの反射率は寸法測定部
109の反射率rmよりも小さいものと仮定した。逆に
ゴミの反射率が太き(て、基材部110の反射率rsよ
りも大きい場合は上に凸のピークを持つ反射光強度パタ
ーンとなる。第5図(ハ)の曲線52は寸法測定部10
9の端部に微小なゴミが付着している場合の反射光強度
パターンの例である。In this way, even if the change in the binarization pattern is normal, if the extreme value intensity level and the binarization pattern width are abnormal, it can be determined that the pattern is abnormal. In this example, it is assumed that the reflectance of dust is smaller than the reflectance rm of the dimension measuring section 109. On the other hand, if the reflectance of the dust is thick (i.e., larger than the reflectance rs of the base material portion 110), the reflected light intensity pattern will have an upwardly convex peak.The curve 52 in FIG. Measuring section 10
9 is an example of a reflected light intensity pattern when minute dust is attached to the end of the lens 9.
本例の場合は2つの極小部520,521が存在してい
るが、いずれの極小部の強度も計測対象としている寸法
による極小強度レベルと同程度のレベルである。線52
2は2(W、化するためのスライスレベルで、2値化し
たときの2値化パターンの変化は前例の場合と異なり、
2回ずつの立ち下がり、立ち上がり変化を示し、異常パ
ターンであると判定することができる。In this example, there are two minimum parts 520 and 521, and the intensity of each minimum part is at the same level as the minimum intensity level according to the dimension to be measured. line 52
2 is the slice level for converting into 2 (W), and the change in the binarization pattern when binarizing is different from the previous case,
It can be determined that this is an abnormal pattern since it shows two falling and two rising changes.
以上の如(、v型反射光強度パターンにおいては、極値
強度レベル及び2値化パターンを調べることによって正
常と異常パターンの判別が容易に行なわれる。As described above, in the V-type reflected light intensity pattern, normal and abnormal patterns can be easily distinguished by examining the extreme value intensity level and the binarized pattern.
以上の説明においては2値化判定を行なうスライスレベ
ルの設定を単一のレベルに設定する例であったが、更に
複数のスライスレベル値を設定して2値化判定を行なわ
せればパターン判定の精度が向上する。In the above explanation, the slice level for performing binarization judgment was set to a single level, but if you set multiple slice level values and perform binarization judgment, pattern judgment Improves accuracy.
第5図に)の曲線53は正常なW型パターン例で、2つ
の極小部530,561及び1つの極大部562を有す
るが、特に2つの極小部の極小強度は等しくなる。第5
図(ホ)の曲線54は異常なW型パターン例で、2つの
極小部540,541の強度レベルは異なっている。The curve 53 in FIG. 5) is an example of a normal W-shaped pattern, which has two minimum parts 530, 561 and one maximum part 562, and in particular, the minimum intensities of the two minimum parts are equal. Fifth
A curve 54 in the figure (E) is an example of an abnormal W-shaped pattern, and the intensity levels of the two minimum portions 540 and 541 are different.
本例の場合は第5図(ハ)の場合と同様に微小なゴミが
付着している場合であるが、2つの極小部の強度レベル
の比較を行なうことで容易にパターンの判定が可能であ
る。第5図(へ)の波形55は異常なW型パターン例で
、第5図(ロ)の場合と同様に大きなゴミが付着してい
る場合で、もはやW型パターンとはならず極小部550
.551.552のみならず極大部556.554も複
数存在する複雑なパターンになる。In this case, like the case in Figure 5 (c), there is minute dust attached, but the pattern can be easily determined by comparing the intensity levels of the two minimal parts. be. The waveform 55 in FIG. 5 (f) is an example of an abnormal W-shaped pattern, and as in the case of FIG.
.. This results in a complex pattern in which not only 551.552 but also a plurality of maximum portions 556.554 exist.
本例の場合は極値となる位置の回数を検出することでパ
ターン判定が可能となる。ここで極値位置を検出するに
はパターン55の微分あるいは差分処理を行なって、微
分値がOになる点を検出すればよい。In this example, pattern determination is possible by detecting the number of times the position has an extreme value. Here, in order to detect the extreme value position, it is sufficient to perform differentiation or difference processing on the pattern 55 and detect a point where the differential value becomes O.
以上述べた方法により反射光強度パターンが正常か異常
かの判定が行なわれ、正常なパターンの場合について寸
法算出を行なわせる。By the method described above, it is determined whether the reflected light intensity pattern is normal or abnormal, and dimensions are calculated for the normal pattern.
以上第3図、第5図で説明した反射光強度比とパターン
判定及び計測対象とする寸法値の範囲を考慮すれば集光
2ビーム光のピーク間距離の望ましい設定の組み合せが
ある。Considering the reflected light intensity ratio, pattern determination, and the range of dimension values to be measured as explained above in FIGS. 3 and 5, there are combinations of desirable settings for the distance between the peaks of the two condensed beams.
第2の実施例:第1のピーク間距離CW、を0.1、第
2のピーク間距離CW2を0.3(いずれも規格化され
た値で示す)の2種類に設定して、第1と第2の光偏向
を行ないいずれもV型パターンの状態で検出を行ない、
パターン判定はいずれか一方の状態例えばCW、” 0
.1で行なう。Second example: The first peak-to-peak distance CW is set to two types: 0.1 and the second peak-to-peak distance CW2 is set to 0.3 (both shown as standardized values). The first and second optical deflections are performed and detection is performed in a V-shaped pattern state,
Pattern judgment is performed in one of the states, for example, CW, "0"
.. Do it with 1.
正常パターンの場合、2つのV型パターンによる第1と
第2の寸法値の差が設定された範囲内であれば、両者の
平均値を寸法と決定する。逆に両者の寸法差が設定範囲
より大きい場合は、更に第2のピーク間距離を、例えば
CWs ” 0.5の状態に設定して光偏向を行なわせ
、この場合の第3番目の寸法値を算出して3者の間で比
較して、例えば2番目と3番目の寸法値の差が設定範囲
内にあれ′ば両者の平均値を寸法とする。又3つの寸法
間の差が共に設定範囲外である場合は最初から再計測を
行なうか、あるいはNG表示を行なうようにする。In the case of a normal pattern, if the difference between the first and second dimension values of the two V-shaped patterns is within a set range, the average value of both is determined as the dimension. On the other hand, if the dimensional difference between the two is larger than the set range, the second peak-to-peak distance is further set to, for example, CWs" 0.5 to perform optical deflection, and the third dimension value in this case is For example, if the difference between the second and third dimension values is within the set range, then the average value of the two is taken as the dimension.Also, if the difference between the three dimensions is If it is outside the setting range, either re-measure from the beginning or display NG.
本例は比較的寸法が大きい場合に有効である。This example is effective when the size is relatively large.
第3の実施例:第1のピーク間距離CW1を0.1、第
2のピーク間距離としてcw、=Q、5、CWs ”
0.8の3種類の状態に設定して3回の光偏向を行なわ
せ、■型、U型、W型のパターンの状態で検出を行なう
。パターン判定はCW3=0.8の状態で行ない、正常
な場合はCW1= 0.1とCW2=0.5の状態で得
られた寸法値の比較を行なう。寸法値の差が設定範囲内
であれば両者の平均を寸法とする。設定範囲外であれば
CW、=0.8の状態での寸法値を算出して3者の間で
比較を行なうが、以下の処理は第2の実施例で述べたの
と同様である。本例は比較的寸法が小さい場合に有効で
ある。Third example: The first peak-to-peak distance CW1 is 0.1, and the second peak-to-peak distance is cw, = Q, 5, CWs.
0.8, the light is deflected three times, and detection is performed in the pattern states of ■-shape, U-shape, and W-shape. Pattern determination is performed under the condition of CW3=0.8, and in the case of normality, the dimension values obtained under the conditions of CW1=0.1 and CW2=0.5 are compared. If the difference in dimension values is within the set range, the average of the two is taken as the dimension. If it is outside the setting range, the dimension value under the condition of CW = 0.8 is calculated and a comparison is made between the three, but the following processing is the same as that described in the second embodiment. This example is effective when the size is relatively small.
次に前述の第3の実施例で述べた方式に基づいた本発明
の内容のフローチャート図の例を第6図に示す。ステッ
プ600は第1のピーク間距離CW1を例えば0.1の
状態に設定し、ステップ602で被測定物80基材部1
10を予め光偏向させて反射光強度を検出し、第4図(
ロ)に示した如きの波形を得て基準パターンとし、ステ
ップ604で反射光強度を記憶する。このステップ60
2及び604は基準強度を求めるために行なう。ステッ
プ606ぼ第1のピーク間距離CW。Next, FIG. 6 shows an example of a flowchart of the contents of the present invention based on the method described in the third embodiment. Step 600 sets the first peak-to-peak distance CW1 to, for example, 0.1, and step 602 sets the first peak-to-peak distance CW1 to 0.1.
10 was deflected in advance to detect the reflected light intensity, and as shown in Fig. 4 (
A waveform as shown in b) is obtained and used as a reference pattern, and the reflected light intensity is stored in step 604. This step 60
2 and 604 are performed to obtain the reference intensity. Step 606: First peak-to-peak distance CW.
で第1の光偏向を行なわせて第1の反射光強度パターン
を検出して記憶する。ステップ608は第1の反射光強
度パターンの極値強度V、。、 を検出する。ステッ
プ610はステップ608で検出された極値強度V、、
8 をもとにして寸法の概略値を算出して、次の第2の
光偏向を行なうときの第2のピーク間距離を設定するも
ので、比較的寸法が小さい領域と判定すれば、例えばC
W2=0.5、cw3=o、sに設定する。ステップ6
12はcw、=o、sの状態で光偏向を行なわせたとき
、ステップ614はcw、=o、sの状態で光偏向を行
なわせたときに得られる反射光強度パターンを記′憶す
る。ステップ616はステップ614で得られた第3番
目の反射光強度パターンの形状の判定を行ない、異常な
パターンの場合はステップ618でNG表示を行なう。A first light deflection is performed at , and a first reflected light intensity pattern is detected and stored. Step 608 calculates the extreme value intensity V of the first reflected light intensity pattern. , detect. Step 610 is the extreme value intensity V detected in step 608,
8 to calculate the approximate value of the dimension and set the second peak-to-peak distance when performing the next second light deflection.If the area is determined to be relatively small in size, for example, C
Set W2=0.5, cw3=o, s. Step 6
Step 12 stores the reflected light intensity pattern obtained when light deflection is performed in the state cw, = o, s, and step 614 stores the reflected light intensity pattern obtained when light deflection is performed in the state cw, = o, s. . In step 616, the shape of the third reflected light intensity pattern obtained in step 614 is determined, and if the pattern is abnormal, NG is displayed in step 618.
正常なパターンの場合はステップ620でステップ61
2で得られた第2番目の反射光強度パターンの極値強度
■6□。If the pattern is normal, step 620 and step 61
Extreme value intensity ■6□ of the second reflected light intensity pattern obtained in step 2.
を検出する。ステップ622はステップ606で得られ
た第1番目の反射光強度パターンの極値位置の偏向電圧
値を検出し、ステップ624はステップ604に記憶さ
れている基準パターンから、偏向電圧値に対応する位置
の基準強度を検出する。Detect. Step 622 detects the deflection voltage value at the extreme position of the first reflected light intensity pattern obtained in step 606, and step 624 detects a position corresponding to the deflection voltage value from the reference pattern stored in step 604. Detect the reference strength of
ステップ626でピーク間距離cw0.cw。In step 626, the peak-to-peak distance cw0. cw.
の状態で得られた極値強度V 608 s V 62゜
と基準強度からそれぞれの状態の反射光強度比を算出し
、ステップ628で反射光強度比を寸法に変換して2つ
の寸法値を算出する。ステップ660で2つの寸法値を
比較して、寸法差が設定範囲内にあれば、ステップ66
2で2つの寸法値の平均を寸法として決定する。寸法差
が設定範囲外であればステップ664で、ステップ61
4で得られたピーク間距離CW、の状態での反射光強度
パターンの極値強度■634を検出し〜ステップ636
で反射光強度比を算出し、ステップ668でピーク間距
離CW、の状態での寸法を算出する。ステップ640で
は得られた3種の寸法の比較を行ない、その中の2徨類
について設定された範囲内であれば、ステップ642で
その平均値を算出して寸法として決定する。3種類共に
設定範囲外である場合はステップ644でNG表示を行
なう。The reflected light intensity ratio of each state is calculated from the extreme value intensity V 608 s V 62° obtained in the state and the reference intensity, and in step 628, the reflected light intensity ratio is converted to a dimension and two dimension values are calculated. do. In step 660, the two dimensional values are compared, and if the dimensional difference is within the set range, step 66
Step 2 determines the average of the two dimension values as the dimension. If the dimensional difference is outside the set range, step 664 is reached;
The extreme value intensity ■634 of the reflected light intensity pattern in the state of the peak-to-peak distance CW obtained in step 4 is detected ~ step 636
In step 668, the reflected light intensity ratio is calculated, and in step 668, the dimension in the state of the peak-to-peak distance CW is calculated. In step 640, the three types of dimensions obtained are compared, and if two of the dimensions are within the set range, then in step 642, the average value is calculated and determined as the dimension. If all three types are outside the setting range, NG is displayed in step 644.
次に本発明による寸法計測装置で実際に寸法計測を行な
った場合の測定例を第7図に示す。Next, FIG. 7 shows a measurement example in which dimensions were actually measured using the dimension measuring device according to the present invention.
第7図(イ)は従来のTVカメラを用いた場合、第7図
(ロ)は本発明による場合である。用いた寸法節 。FIG. 7(A) shows the case where a conventional TV camera is used, and FIG. 7(B) shows the case according to the present invention. Dimensional clause used.
囲は0.3μm〜1.1μmまでの範囲で、電子顕微鏡
で寸法測定を行なって、その結果との比較で示している
。The range is from 0.3 μm to 1.1 μm, and the dimensions are measured using an electron microscope and are compared with the results.
第7図(イ)の従来例の場合は、寸法が0.7μm程度
から小さい寸法は精度良く測定できないことがわかる。In the case of the conventional example shown in FIG. 7(a), it can be seen that dimensions as small as about 0.7 μm cannot be measured accurately.
これは2値化を行なうときのスライスレベルの設定が困
難になるためである。This is because it becomes difficult to set the slice level when performing binarization.
本発明による測定では0.3μmまでの寸法でも安定し
て測定できる。なお本発明の寸法計測装置に用いた光学
系では、全体の光偏向景が53μmの光学系で、反射光
強度の検出は0.053μm毎の偏向位置の変化で検出
している。In the measurement according to the present invention, even dimensions up to 0.3 μm can be stably measured. The optical system used in the dimension measuring device of the present invention has a total light deflection angle of 53 μm, and the reflected light intensity is detected by changing the deflection position every 0.053 μm.
以上の説明で明らかな如く、本発明によれば、被測定物
へのブロービング光の光強度分布を任意の形状に容易に
設定することができ、その光強度分布に応じて寸法が求
められ、いわゆる多数決によって寸法を算出するために
、高精度、高信頼性の寸法計測が可能となる。As is clear from the above description, according to the present invention, the light intensity distribution of the probing light to the object to be measured can be easily set to an arbitrary shape, and the dimensions can be determined according to the light intensity distribution. Since dimensions are calculated by a so-called majority vote, highly accurate and reliable dimension measurements are possible.
第1図は本発明の詳細な説明するシステムブロック図、
第2図は本発明の第1の実施例であるビ−り間距離を2
種類に変えたときの光強度分布と反射光強度パターンの
例を示す波形図、第3図はピーク間距離を各種の値に変
えたときの寸法と反射光強度比の関係を示すグラフ図、
第4図は基準強度を算出する方式を説明するための反射
光強度パターンの例を示す波形図、第5図はV型とW型
の反射光強度パターンのパターン判定を説明するための
反射光強度パターン例を示す波形図、第6図は本発明に
よる第3の実施例の動作を説明するフローチャート図、
第7図は従来例と本発明による寸法測定結果の比較を示
すグラフ図である。
1・・・・・・レーザ光源、
2・・・・・・2ビーム光分離手段、
4・・・・・・集光2ビーム光変換手段、6・・・・・
・ピーク間距離設定手段、7・・・・・・光偏向制御手
段、
8・・・・・・被測定物。
11・・・・・・反射光強度パターン記憶手段、12・
・・・・・パターン形状判定手段、13・・・・・・パ
ターン強度検出手段、14・・・・・・寸法演算手段、
15・・・・・・寸法比較手段、
16・・・・・・寸法決定手段、
105.106・・・・・・集光2ビーム光、109・
・・・・・寸法測定部、
110・・・・・・基材部。
(A) 第2図 (。)
(ハ) (ニ)
第3図
第5図
(イ) (ロ)
(八)(−) (ヤ・)(″)
第6図
第7図FIG. 1 is a system block diagram explaining the present invention in detail;
Figure 2 shows the first embodiment of the present invention, in which the distance between the beams is 2.
A waveform diagram showing an example of the light intensity distribution and reflected light intensity pattern when changing the type, Figure 3 is a graph diagram showing the relationship between the dimensions and the reflected light intensity ratio when the distance between peaks is changed to various values,
Figure 4 is a waveform diagram showing an example of a reflected light intensity pattern to explain the method of calculating the reference intensity, and Figure 5 is a waveform diagram of reflected light to explain pattern determination of V-type and W-type reflected light intensity patterns. A waveform diagram showing an example of an intensity pattern, FIG. 6 is a flowchart diagram explaining the operation of the third embodiment according to the present invention,
FIG. 7 is a graph showing a comparison of the dimension measurement results according to the conventional example and the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Laser light source, 2... 2-beam light separation means, 4... Condensing 2-beam light conversion means, 6...
- Peak-to-peak distance setting means, 7... Light deflection control means, 8... Measured object. 11...Reflected light intensity pattern storage means, 12.
...Pattern shape determining means, 13...Pattern intensity detection means, 14...Dimension calculation means, 15...Dimension comparison means, 16...・Dimension determining means, 105.106... Condensed two beam light, 109.
...Dimension measurement part, 110...Base material part. (A) Figure 2 (.) (C) (D)
Figure 3 Figure 5 (a) (b)
(8) (-) (ya・)('') Figure 6 Figure 7
Claims (1)
異なる方向に進行する2ビーム光に分離せしめる2ビー
ム光分離手段と、前記2ビーム光を集光して互いに平行
な光路で進行する集光2ビーム光に変換する集光2ビー
ム光変換手段と、前記集光2ビーム光を構成する個々の
ビームの光強度が最大となる点の間のピーク間距離を互
いに異なる第1と第2の距離に設定せしめるピーク間距
離設定手段と、前記第1と第2のピーク間距離を有する
前記集光2ビーム光を寸法が計測される被測定物面上に
照射せしめて前記2ビーム光分離手段により予め設定さ
れた領域で第1と第2の光偏向をさせるときの光偏向を
制御する光偏向制御手段と、前記第1と第2の光偏向の
各々の光偏向状態毎に前記被測定物からの反射光を検出
して前記第1と第2の各々の光偏向全体について第1と
第2の反射光強度パターンを作成すると共に該第1と第
2の反射光強度パターンを記憶せしめる反射光強度パタ
ーン記憶手段と、前記第1と第2の反放光強度パターン
のうちの少なくとも1つの反射光強度パターンの形状を
判定するパターン形状判定手段と、前記第1と第2の反
射光強度パターンの各々について予め設定された領域の
基準強度と極値強度を検出するパターン強度検出手段と
、前記第1と第2の反射光強度パターンの基準強度と極
値強度から前記被測定物の第1の寸法と第2の寸法を演
算する寸法演算手段と、前記第1の寸法と前記第2の寸
法を比較する寸法比較手段と、寸法比較結果に応じて寸
法を決定する寸法決定手段を設けたことを特徴とするレ
ーザ光を用いた微小寸法計測装置。a two-beam light separating means for separating laser light emitted from a laser light source into two light beams that approach each other and travel in different directions; and a light condenser that condenses the two light beams and travels along optical paths parallel to each other. A condensed two-beam light conversion means for converting into two-beam light, and first and second beams having different peak-to-peak distances between points where the light intensity of each beam constituting the condensed two-beam light is maximum. a peak-to-peak distance setting means for setting the distance; and a two-beam light separation means for irradiating the condensed two-beam light having the first and second peak-to-peak distances onto the object surface whose dimension is to be measured. a light deflection control means for controlling light deflection when first and second light deflection is performed in a preset region; Detecting reflected light from an object to create first and second reflected light intensity patterns for the entire first and second light polarizations, and storing the first and second reflected light intensity patterns. reflected light intensity pattern storage means; pattern shape determination means for determining the shape of at least one reflected light intensity pattern of the first and second anti-emission intensity patterns; and the first and second reflected light pattern intensity detection means for detecting a reference intensity and extreme value intensity of a preset area for each of the intensity patterns; a dimension calculating means for calculating a first dimension and a second dimension; a dimension comparing means for comparing the first dimension and the second dimension; and a dimension determining means for determining a dimension according to the result of the dimension comparison. A minute dimension measuring device using a laser beam, characterized in that:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63028455A JP2582107B2 (en) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | Micro-dimension measuring device using laser light |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63028455A JP2582107B2 (en) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | Micro-dimension measuring device using laser light |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01202603A true JPH01202603A (en) | 1989-08-15 |
JP2582107B2 JP2582107B2 (en) | 1997-02-19 |
Family
ID=12249140
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63028455A Expired - Lifetime JP2582107B2 (en) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | Micro-dimension measuring device using laser light |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2582107B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012127887A (en) * | 2010-12-17 | 2012-07-05 | Keyence Corp | Optical displacement meter |
JP2013504063A (en) * | 2009-09-03 | 2013-02-04 | ケーエルエー−テンカー・コーポレーション | Measuring system and measuring method |
-
1988
- 1988-02-09 JP JP63028455A patent/JP2582107B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013504063A (en) * | 2009-09-03 | 2013-02-04 | ケーエルエー−テンカー・コーポレーション | Measuring system and measuring method |
US8873054B2 (en) | 2009-09-03 | 2014-10-28 | Kla-Tencor Corp. | Metrology systems and methods |
JP2012127887A (en) * | 2010-12-17 | 2012-07-05 | Keyence Corp | Optical displacement meter |
CN102564316A (en) * | 2010-12-17 | 2012-07-11 | 株式会社其恩斯 | Optical displacement meter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2582107B2 (en) | 1997-02-19 |
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