JP2001241923A - 形状測定装置 - Google Patents
形状測定装置Info
- Publication number
- JP2001241923A JP2001241923A JP2000053591A JP2000053591A JP2001241923A JP 2001241923 A JP2001241923 A JP 2001241923A JP 2000053591 A JP2000053591 A JP 2000053591A JP 2000053591 A JP2000053591 A JP 2000053591A JP 2001241923 A JP2001241923 A JP 2001241923A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- interference fringe
- reference plane
- fringe image
- thickness distribution
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基準平面の平面形状に依存せず高精度にウェ
ーハの厚さ分布測定を行うことが可能な形状測定装置を
提供する。 【解決手段】 ウェーハ１の両面側に光学測定系１０，
２０を対向配置する。演算器１７′には，受光器１６で
得られたウェーハ主面１ａと基準平面１５とで形成され
る干渉縞画像，受光器２６で得られたウェーハ裏面１ｂ
と基準平面２５とで形成される干渉縞画像，及びウェー
ハ１を取り除いた状態で基準平面１５及び２５における
反射光を例えば受光器１６で受光することにより得られ
た干渉縞画像を入力する。演算器１７′では，上記３つ
の干渉縞画像より得られた，基準平面１５とウェーハ主
面１ａとの距離Ｌａ，基準平面２５とウェーハ裏面１ｂ
との距離Ｌｂ，基準平面１５と基準平面２５との距離Ｌ
ｔとに基づいて，ウェーハの厚さ分布ＴをＴ＝Ｌｔ−Ｌ
ａ−Ｌｂにより求める。上記厚さ分布Ｔは，基準平面の
平面形状に依存しない値であるため，基準平面の平面形
状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うこ
とが可能となる。
ーハの厚さ分布測定を行うことが可能な形状測定装置を
提供する。 【解決手段】 ウェーハ１の両面側に光学測定系１０，
２０を対向配置する。演算器１７′には，受光器１６で
得られたウェーハ主面１ａと基準平面１５とで形成され
る干渉縞画像，受光器２６で得られたウェーハ裏面１ｂ
と基準平面２５とで形成される干渉縞画像，及びウェー
ハ１を取り除いた状態で基準平面１５及び２５における
反射光を例えば受光器１６で受光することにより得られ
た干渉縞画像を入力する。演算器１７′では，上記３つ
の干渉縞画像より得られた，基準平面１５とウェーハ主
面１ａとの距離Ｌａ，基準平面２５とウェーハ裏面１ｂ
との距離Ｌｂ，基準平面１５と基準平面２５との距離Ｌ
ｔとに基づいて，ウェーハの厚さ分布ＴをＴ＝Ｌｔ−Ｌ
ａ−Ｌｂにより求める。上記厚さ分布Ｔは，基準平面の
平面形状に依存しない値であるため，基準平面の平面形
状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うこ
とが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，干渉計を用いてウ
ェーハの形状（厚さ分布）を測定する形状測定装置に関
するものである。
ェーハの形状（厚さ分布）を測定する形状測定装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】ウェーハの厚さ分布を測定する手法とし
ては，例えば特開平１１−２６０８７３号公報に提案さ
れているものが知られている。上記公報に記載されてい
るウェーハ形状測定装置Ｚ０は，図１１に示すように，
エッジ部において鉛直保持されたウェーハ１の両面側に
２つの光学測定系１０，２０が対向配置され，上記ウェ
ーハ１の周縁に向けて厚さ測定部５０が配置されてい
る。上記各光学測定系１０，２０は，それぞれ測定光１
２，２２を出射する発光器１１，２１，上記測定光１
２，２２を平行ビームとするコリメータレンズ１４，２
４，上記平行ビームが透過する基準平面１５，２５，上
記ウェーハ１の主面１ａ及び裏面１ｂで反射された測定
光が上記基準平面１５，２５及び上記コリメータレンズ
１４，２４等を経て入射される受光器１６，２６とを備
えている。上記受光器１６，２６では，上記基準平面１
５，２５での反射光と，上記ウェーハ１の主面１ａ，裏
面１ｂでの反射光とで形成される干渉縞が観測される。
演算器１７では，上記受光器１６，２６で観測された干
渉縞の画像に基づいて上記ウェーハ１の主面１ａ及び裏
面１ｂの平面形状が演算され，上記厚さ測定部５０で測
定されたウェーハ１の所定位置での厚さ実測値を基準と
して上記ウェーハ１の絶対形状（厚さ分布）が求められ
る。
ては，例えば特開平１１−２６０８７３号公報に提案さ
れているものが知られている。上記公報に記載されてい
るウェーハ形状測定装置Ｚ０は，図１１に示すように，
エッジ部において鉛直保持されたウェーハ１の両面側に
２つの光学測定系１０，２０が対向配置され，上記ウェ
ーハ１の周縁に向けて厚さ測定部５０が配置されてい
る。上記各光学測定系１０，２０は，それぞれ測定光１
２，２２を出射する発光器１１，２１，上記測定光１
２，２２を平行ビームとするコリメータレンズ１４，２
４，上記平行ビームが透過する基準平面１５，２５，上
記ウェーハ１の主面１ａ及び裏面１ｂで反射された測定
光が上記基準平面１５，２５及び上記コリメータレンズ
１４，２４等を経て入射される受光器１６，２６とを備
えている。上記受光器１６，２６では，上記基準平面１
５，２５での反射光と，上記ウェーハ１の主面１ａ，裏
面１ｂでの反射光とで形成される干渉縞が観測される。
演算器１７では，上記受光器１６，２６で観測された干
渉縞の画像に基づいて上記ウェーハ１の主面１ａ及び裏
面１ｂの平面形状が演算され，上記厚さ測定部５０で測
定されたウェーハ１の所定位置での厚さ実測値を基準と
して上記ウェーハ１の絶対形状（厚さ分布）が求められ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記従
来のウェーハ形状測定装置Ｚ０で得られるウェーハ１の
主面１ａ及び裏面１ｂの平面形状は，あくまでも上記基
準平面１５，２５を理想平面と仮定した上でのものであ
って，実際に得られる平面形状は上記基準平面１５，２
５の平面誤差が重畳されたものとなる。ここで，上記基
準平面の平面形状は，小基板（例えば直径１００ｍｍ以
下）で且つ高精度に研磨された光学ガラス（オプティカ
ルフラット）でもλ／２０（λは測定光の波長）程度以
下にすることは困難，若しくは非常に高価となる。これ
が，大口径ウェーハの測定に適用できる例えば直径３０
０ｍｍの大口径の基板を基準平面にするとなると，自重
撓みによる変形等の影響も無視できなくなり，また大口
径基板の研磨精度も悪いことから，高精度な平坦面を実
現することは更に困難となる。光源としてＨｅ−Ｎｅレ
ーザを用いた場合，波長λは６３３ｎｍであり，λ／２
０の平坦度は約３０ｎｍに相当する。従って，両面の測
定で誤差が重畳することを考えると測定時の最大誤差は
６０ｎｍオーダにもなるため，上記従来のウェーハ形状
測定装置Ｚ０では高精度の形状測定を行うことは難し
い。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，そ
の目的とするところは，基準平面の平面形状に依存せず
高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能な形
状測定装置を提供することである。
来のウェーハ形状測定装置Ｚ０で得られるウェーハ１の
主面１ａ及び裏面１ｂの平面形状は，あくまでも上記基
準平面１５，２５を理想平面と仮定した上でのものであ
って，実際に得られる平面形状は上記基準平面１５，２
５の平面誤差が重畳されたものとなる。ここで，上記基
準平面の平面形状は，小基板（例えば直径１００ｍｍ以
下）で且つ高精度に研磨された光学ガラス（オプティカ
ルフラット）でもλ／２０（λは測定光の波長）程度以
下にすることは困難，若しくは非常に高価となる。これ
が，大口径ウェーハの測定に適用できる例えば直径３０
０ｍｍの大口径の基板を基準平面にするとなると，自重
撓みによる変形等の影響も無視できなくなり，また大口
径基板の研磨精度も悪いことから，高精度な平坦面を実
現することは更に困難となる。光源としてＨｅ−Ｎｅレ
ーザを用いた場合，波長λは６３３ｎｍであり，λ／２
０の平坦度は約３０ｎｍに相当する。従って，両面の測
定で誤差が重畳することを考えると測定時の最大誤差は
６０ｎｍオーダにもなるため，上記従来のウェーハ形状
測定装置Ｚ０では高精度の形状測定を行うことは難し
い。本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，そ
の目的とするところは，基準平面の平面形状に依存せず
高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能な形
状測定装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明は，ウェーハの主面側及び裏面側に対向配置
される２つの基準平面と，上記主面側の基準平面を介し
て上記ウェーハの主面に向けて照射された平行光の上記
ウェーハ主面での反射光と上記基準平面での反射光とで
形成される干渉縞画像を取得する主面側干渉縞画像取得
手段と，上記裏面側の基準平面を介して上記ウェーハの
裏面に向けて照射された平行光の上記ウェーハ裏面での
反射光と上記基準平面での反射光とで形成される干渉縞
画像を取得する裏面側干渉縞画像取得手段と，上記ウェ
ーハを上記２つの基準平面間から取り除いた状態で，上
記２つの基準平面に向けて照射された平行光の上記一方
の基準平面における反射光と他方の基準平面における反
射光とで形成される干渉縞画像を取得する基準平面干渉
縞画像取得手段と，上記主面側干渉縞画像取得手段，上
記裏面側干渉縞画像取得手段，及び上記基準平面干渉縞
画像取得手段で得られた３つの干渉縞画像に基づいて上
記ウェーハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備
してなることを特徴とする形状測定装置として構成され
ている。ここで，上記形状算出手段は，上記基準平面干
渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる
上記２つの基準平面の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）と，上記主面
側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求めら
れる上記ウェーハの主面とそれに対向する上記基準平面
との距離Ｌａ（ｘ，ｙ）と，上記裏面側干渉縞画像取得
手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハ
の裏面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌｂ
（ｘ，ｙ）とに基づいて，上記ウェーハの厚さ分布Ｔ
（ｘ，ｙ）を次式により求めることが可能である。 Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｔ（ｘ，ｙ）−Ｌａ（ｘ，ｙ）−Ｌｂ（ｘ，ｙ） … （１）
に，本発明は，ウェーハの主面側及び裏面側に対向配置
される２つの基準平面と，上記主面側の基準平面を介し
て上記ウェーハの主面に向けて照射された平行光の上記
ウェーハ主面での反射光と上記基準平面での反射光とで
形成される干渉縞画像を取得する主面側干渉縞画像取得
手段と，上記裏面側の基準平面を介して上記ウェーハの
裏面に向けて照射された平行光の上記ウェーハ裏面での
反射光と上記基準平面での反射光とで形成される干渉縞
画像を取得する裏面側干渉縞画像取得手段と，上記ウェ
ーハを上記２つの基準平面間から取り除いた状態で，上
記２つの基準平面に向けて照射された平行光の上記一方
の基準平面における反射光と他方の基準平面における反
射光とで形成される干渉縞画像を取得する基準平面干渉
縞画像取得手段と，上記主面側干渉縞画像取得手段，上
記裏面側干渉縞画像取得手段，及び上記基準平面干渉縞
画像取得手段で得られた３つの干渉縞画像に基づいて上
記ウェーハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備
してなることを特徴とする形状測定装置として構成され
ている。ここで，上記形状算出手段は，上記基準平面干
渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる
上記２つの基準平面の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）と，上記主面
側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求めら
れる上記ウェーハの主面とそれに対向する上記基準平面
との距離Ｌａ（ｘ，ｙ）と，上記裏面側干渉縞画像取得
手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハ
の裏面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌｂ
（ｘ，ｙ）とに基づいて，上記ウェーハの厚さ分布Ｔ
（ｘ，ｙ）を次式により求めることが可能である。 Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｔ（ｘ，ｙ）−Ｌａ（ｘ，ｙ）−Ｌｂ（ｘ，ｙ） … （１）
【０００５】ここで，上記主面側の基準平面の平面形状
をＲｅｆ１（ｘ，ｙ），上記裏面側の基準平面の平面形
状をＲｅｆ２（ｘ，ｙ），ウェーハ主面の形状をＡ
（ｘ，ｙ），ウェーハ裏面の形状をＢ（ｘ，ｙ）とする
と，上記Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，
ｙ）は次のように表される。 Ｌａ（ｘ，ｙ）＝Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ）−Ａ（ｘ，ｙ）＋ＯｆｆｓｅｔＡ … （２） Ｌｂ（ｘ，ｙ）＝−｛Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）−Ｂ（ｘ，ｙ）｝ ＋ＯｆｆｓｅｔＢ … （３） Ｌｔ（ｘ，ｙ）＝Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ）−Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ） ＋Ｏｆｆｓｅｔ１２ … （４） （但し，ＯｆｆｓｅｔＡ，ＯｆｆｓｅｔＢ，Ｏｆｆｓｅ
ｔ１２はλ／２の整数倍，λは測定用光源の波長） 上記（２）〜（４）式を用いて上記（１）式は次のよう
に変形できる。 Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｂ（ｘ，ｙ）−Ａ（ｘ，ｙ）＋ＯｆｆｓｅｔＣ（Ｏｆｆｓｅ ｔＣはλ／２の整数倍） … （１）′ 上記（１）′式より，上記（１）式で求められるウェー
ハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は，上記２つの基準平面の
平面形状Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ），Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）に依
存しない値であることがわかる。即ち，上記請求項１及
び２に記載の発明によれば，基準平面の平面形状に依存
せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能
となる。
をＲｅｆ１（ｘ，ｙ），上記裏面側の基準平面の平面形
状をＲｅｆ２（ｘ，ｙ），ウェーハ主面の形状をＡ
（ｘ，ｙ），ウェーハ裏面の形状をＢ（ｘ，ｙ）とする
と，上記Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，
ｙ）は次のように表される。 Ｌａ（ｘ，ｙ）＝Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ）−Ａ（ｘ，ｙ）＋ＯｆｆｓｅｔＡ … （２） Ｌｂ（ｘ，ｙ）＝−｛Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）−Ｂ（ｘ，ｙ）｝ ＋ＯｆｆｓｅｔＢ … （３） Ｌｔ（ｘ，ｙ）＝Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ）−Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ） ＋Ｏｆｆｓｅｔ１２ … （４） （但し，ＯｆｆｓｅｔＡ，ＯｆｆｓｅｔＢ，Ｏｆｆｓｅ
ｔ１２はλ／２の整数倍，λは測定用光源の波長） 上記（２）〜（４）式を用いて上記（１）式は次のよう
に変形できる。 Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｂ（ｘ，ｙ）−Ａ（ｘ，ｙ）＋ＯｆｆｓｅｔＣ（Ｏｆｆｓｅ ｔＣはλ／２の整数倍） … （１）′ 上記（１）′式より，上記（１）式で求められるウェー
ハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は，上記２つの基準平面の
平面形状Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ），Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）に依
存しない値であることがわかる。即ち，上記請求項１及
び２に記載の発明によれば，基準平面の平面形状に依存
せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能
となる。
【０００６】更に，上記ウェーハの少なくとも１か所の
絶対厚さを測定する絶対厚さ測定手段を具備し，上記形
状算出手段は，上記絶対厚さ測定手段で得られた上記ウ
ェーハの絶対厚さに基づいて上記ウェーハの絶対厚さ分
布を算出するように構成することも可能である。更に，
上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像
に基づいて，上記ウェーハの主面側及び裏面側にそれぞ
れ設置される光学系の角度ズレを調整する角度ズレ調整
手段を具備することが望ましい。これにより，光学系の
角度ズレによる測定精度への悪影響を除去し，更に高精
度の測定が可能となる。ここで，上記角度ズレ調整手段
は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞
画像の干渉縞数若しくは干渉縞の濃淡変化が最小となる
ように上記２つの光学系の角度を調整する，或いは，上
記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像か
ら求められる距離分布が最小となるように上記２つの光
学系の角度を調整するように構成すればよい。
絶対厚さを測定する絶対厚さ測定手段を具備し，上記形
状算出手段は，上記絶対厚さ測定手段で得られた上記ウ
ェーハの絶対厚さに基づいて上記ウェーハの絶対厚さ分
布を算出するように構成することも可能である。更に，
上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像
に基づいて，上記ウェーハの主面側及び裏面側にそれぞ
れ設置される光学系の角度ズレを調整する角度ズレ調整
手段を具備することが望ましい。これにより，光学系の
角度ズレによる測定精度への悪影響を除去し，更に高精
度の測定が可能となる。ここで，上記角度ズレ調整手段
は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞
画像の干渉縞数若しくは干渉縞の濃淡変化が最小となる
ように上記２つの光学系の角度を調整する，或いは，上
記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像か
ら求められる距離分布が最小となるように上記２つの光
学系の角度を調整するように構成すればよい。
【０００７】更に，上記ウェーハを含む測定系全体を鉛
直方向から若干傾斜した状態に設置し，上記ウェーハが
鉛直方向から若干傾斜した状態で保持されるようにすれ
ば，上記ウェーハの支持点に対して垂直抗力が働いてウ
ェーハの振動が抑えられるため，鉛直支持の場合に比べ
て上記ウェーハはより安定し，振動による測定精度への
悪影響を排除できる。更に，ウェーハを水平に保持した
場合と比べて上記垂直抗力による撓みは小さく，測定レ
ンジを超えてしまうこともない。このとき，測定値には
ウェーハの自重撓みによる変形量が僅かながら重畳され
ているため，更に上記ウェーハの自重撓みによる変形量
を演算する変形量演算手段を具備し，上記形状算出手段
が，上記３つの干渉縞画像に基づいて得られた上記ウェ
ーハの厚さ分布から上記変形量演算手段で得られた自重
撓みによる変形量を減算するように構成することが望ま
しい。
直方向から若干傾斜した状態に設置し，上記ウェーハが
鉛直方向から若干傾斜した状態で保持されるようにすれ
ば，上記ウェーハの支持点に対して垂直抗力が働いてウ
ェーハの振動が抑えられるため，鉛直支持の場合に比べ
て上記ウェーハはより安定し，振動による測定精度への
悪影響を排除できる。更に，ウェーハを水平に保持した
場合と比べて上記垂直抗力による撓みは小さく，測定レ
ンジを超えてしまうこともない。このとき，測定値には
ウェーハの自重撓みによる変形量が僅かながら重畳され
ているため，更に上記ウェーハの自重撓みによる変形量
を演算する変形量演算手段を具備し，上記形状算出手段
が，上記３つの干渉縞画像に基づいて得られた上記ウェ
ーハの厚さ分布から上記変形量演算手段で得られた自重
撓みによる変形量を減算するように構成することが望ま
しい。
【０００８】また，上記ウェーハの厚さ分布を互いに重
複部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分
領域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚
さ分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ
分布を取得するように構成すれば，ウェーハが大口径と
なってもそれに応じた大型の測定光学系を用いる必要が
なく，低コストの装置で大口径ウェーハの測定が可能と
なる。このとき，上記部分領域は，ウェーハの平坦度評
価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づく領域
とすることが望ましい。これにより，高精度の測定結果
が必要な部分についてはサイトフラットネスによる高精
度の測定結果が得られると共に，それら高精度の測定結
果を合成して比較的精度要求の低い全体領域での測定結
果を得るため，各部分領域の重複領域をそれほど大きく
取る必要がない。
複部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分
領域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚
さ分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ
分布を取得するように構成すれば，ウェーハが大口径と
なってもそれに応じた大型の測定光学系を用いる必要が
なく，低コストの装置で大口径ウェーハの測定が可能と
なる。このとき，上記部分領域は，ウェーハの平坦度評
価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づく領域
とすることが望ましい。これにより，高精度の測定結果
が必要な部分についてはサイトフラットネスによる高精
度の測定結果が得られると共に，それら高精度の測定結
果を合成して比較的精度要求の低い全体領域での測定結
果を得るため，各部分領域の重複領域をそれほど大きく
取る必要がない。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下，添付図面を参照して本発明
の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。
尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であ
って，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではな
い。ここに，図１は本発明の実施の形態に係る形状測定
装置Ｚ１の概略構成図，図２は上記形状測定装置Ｚ１に
おける光学系の座標系，及び４つの距離分布Ｌａ（ｘ，
ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），Ｔ（ｘ，ｙ）
の定義を示す図，図３はＬａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，
ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），及びそれらを用いて求められる
厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）の関係を示す図，図４は変形例１
に係る形状測定装置Ｚ１′の概略構成図，図５は厚さ分
布Ｔ（ｘ，ｙ）と厚さ実測値ｔとから絶対厚さ分布を求
める手順の説明図，図６は光学測定系１０，２０の角度
ズレの説明図，図７は変形例３に係るウェーハ１の支持
状態を示す図，図８はウェーハ１上のサイトフラットネ
ス領域の一例を示す図，図９は図８に係るサイトフラッ
トネス領域に対する部分領域の設定の一例を示す図，図
１０はウェーハ１の全面領域を測定する場合の部分領域
の一例を示す図である。
の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。
尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であ
って，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではな
い。ここに，図１は本発明の実施の形態に係る形状測定
装置Ｚ１の概略構成図，図２は上記形状測定装置Ｚ１に
おける光学系の座標系，及び４つの距離分布Ｌａ（ｘ，
ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），Ｔ（ｘ，ｙ）
の定義を示す図，図３はＬａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，
ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），及びそれらを用いて求められる
厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）の関係を示す図，図４は変形例１
に係る形状測定装置Ｚ１′の概略構成図，図５は厚さ分
布Ｔ（ｘ，ｙ）と厚さ実測値ｔとから絶対厚さ分布を求
める手順の説明図，図６は光学測定系１０，２０の角度
ズレの説明図，図７は変形例３に係るウェーハ１の支持
状態を示す図，図８はウェーハ１上のサイトフラットネ
ス領域の一例を示す図，図９は図８に係るサイトフラッ
トネス領域に対する部分領域の設定の一例を示す図，図
１０はウェーハ１の全面領域を測定する場合の部分領域
の一例を示す図である。
【００１０】本実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１は，
図１に示すように，その基本的な装置構成は上記従来の
形状測定装置Ｚ０とほぼ同様である。本形状測定装置Ｚ
１が上記従来の形状測定装置Ｚ０と異なるのは，主とし
て演算器１７′による演算処理の内容である。まず，図
１を用いて形状測定装置Ｚ１の概略構成を説明する。形
状測定装置Ｚ１では，測定対象となるウェーハ１が，エ
ッジ部を図示しないクランプ等で保持することにより鉛
直に支持されている。上記ウェーハ１の両面側には，２
つの光学測定系１０，２０が対向配置されている。上記
各光学測定系１０，２０は，それぞれ発光器１１，２
１，ハーフミラー１３，２３，コリメータレンズ１４，
２４，基準平面１５，２５，及び受光器１６，２６を備
えている。また，上記受光器１６，２６は演算器１７′
に接続されている。
図１に示すように，その基本的な装置構成は上記従来の
形状測定装置Ｚ０とほぼ同様である。本形状測定装置Ｚ
１が上記従来の形状測定装置Ｚ０と異なるのは，主とし
て演算器１７′による演算処理の内容である。まず，図
１を用いて形状測定装置Ｚ１の概略構成を説明する。形
状測定装置Ｚ１では，測定対象となるウェーハ１が，エ
ッジ部を図示しないクランプ等で保持することにより鉛
直に支持されている。上記ウェーハ１の両面側には，２
つの光学測定系１０，２０が対向配置されている。上記
各光学測定系１０，２０は，それぞれ発光器１１，２
１，ハーフミラー１３，２３，コリメータレンズ１４，
２４，基準平面１５，２５，及び受光器１６，２６を備
えている。また，上記受光器１６，２６は演算器１７′
に接続されている。
【００１１】上記発光器１１，２１から出射された測定
光１２，２２は，上記ハーフミラー１３，２３を透過
し，上記コリメータレンズ１４，２４において平行光と
された後，その一部が上記基準平面１５，２５を透過し
て上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂに照射される。
上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂでの反射光は，再
度上記基準平面１５，２５を透過し，上記コリメータレ
ンズ１４，２４を経て上記ハーフミラー１３，２３で反
射され，上記受光器１６，２６に入射する。また，上記
基準平面１５，２５における反射光も，同様に上記コリ
メータレンズ１４，２４を経て上記ハーフミラー１３，
２３で反射され，上記受光器１６，２６に入射する。こ
こで，上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂでの反射光
と上記基準平面１５，２５での反射光との光路差は，上
記受光器１６，２６において干渉縞として観測される。
上記受光器１６，２６において観測された干渉縞画像
は，それぞれ上記演算器１７′に取り込まれる。ここ
で，上記受光器１６で得られたウェーハ１の主面１ａと
基準平面１５とで形成される干渉縞画像をａ，上記受光
器２６で得られたウェーハ１の裏面１ｂと基準平面２５
とで形成される干渉縞画像をｂとする。
光１２，２２は，上記ハーフミラー１３，２３を透過
し，上記コリメータレンズ１４，２４において平行光と
された後，その一部が上記基準平面１５，２５を透過し
て上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂに照射される。
上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂでの反射光は，再
度上記基準平面１５，２５を透過し，上記コリメータレ
ンズ１４，２４を経て上記ハーフミラー１３，２３で反
射され，上記受光器１６，２６に入射する。また，上記
基準平面１５，２５における反射光も，同様に上記コリ
メータレンズ１４，２４を経て上記ハーフミラー１３，
２３で反射され，上記受光器１６，２６に入射する。こ
こで，上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂでの反射光
と上記基準平面１５，２５での反射光との光路差は，上
記受光器１６，２６において干渉縞として観測される。
上記受光器１６，２６において観測された干渉縞画像
は，それぞれ上記演算器１７′に取り込まれる。ここ
で，上記受光器１６で得られたウェーハ１の主面１ａと
基準平面１５とで形成される干渉縞画像をａ，上記受光
器２６で得られたウェーハ１の裏面１ｂと基準平面２５
とで形成される干渉縞画像をｂとする。
【００１２】また，上記演算器１７′には，上記２つの
干渉縞画像ａ，ｂの他に，上記基準平面１５と上記基準
平面２５とで形成される干渉縞画像ｃが取り込まれる。
上記干渉縞画像ｃは，上記ウェーハ１を上記２つの光学
測定系１０，２０の間から取り除いた状態で，例えば発
光器１１からの測定光の上記基準平面１５及び２５にお
ける反射光を上記受光器１６で受光することにより観測
できる。また，発光器２１からの測定光の上記基準平面
１５及び２５における反射光を上記受光器２６で受光す
るようにしてもよい。ここで，上記受光器１６が主面側
干渉縞画像取得手段の一例，上記受光器２６が裏面側干
渉縞画像取得手段の一例，上記受光器１６若しくは受光
器２６が基準平面干渉縞画像取得手段の一例である。
干渉縞画像ａ，ｂの他に，上記基準平面１５と上記基準
平面２５とで形成される干渉縞画像ｃが取り込まれる。
上記干渉縞画像ｃは，上記ウェーハ１を上記２つの光学
測定系１０，２０の間から取り除いた状態で，例えば発
光器１１からの測定光の上記基準平面１５及び２５にお
ける反射光を上記受光器１６で受光することにより観測
できる。また，発光器２１からの測定光の上記基準平面
１５及び２５における反射光を上記受光器２６で受光す
るようにしてもよい。ここで，上記受光器１６が主面側
干渉縞画像取得手段の一例，上記受光器２６が裏面側干
渉縞画像取得手段の一例，上記受光器１６若しくは受光
器２６が基準平面干渉縞画像取得手段の一例である。
【００１３】上記演算器１７′（形状算出手段の一例）
では，上記干渉縞画像ａ〜ｃを用いて，次のような演算
を行う。まず，上記干渉縞画像ａ〜ｃに基づいて，基準
平面１５とウェーハ主面１ａとの間の距離Ｌａ（ｘ，
ｙ），基準平面２５とウェーハ裏面１ｂとの間の距離Ｌ
ｂ（ｘ，ｙ），基準平面１５と基準平面２５との間の距
離Ｌｔ（ｘ，ｙ）が求められる（図２参照）。そして，
上記３つの距離Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ
（ｘ，ｙ）に基づいて，上記（１）式により上記ウェー
ハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）が求められる。上記手順で
得られたＬａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，
ｙ），及びそれらを用いて求められたウェーハ１の厚さ
分布Ｔ（ｘ，ｙ）の関係を図３に示す。
では，上記干渉縞画像ａ〜ｃを用いて，次のような演算
を行う。まず，上記干渉縞画像ａ〜ｃに基づいて，基準
平面１５とウェーハ主面１ａとの間の距離Ｌａ（ｘ，
ｙ），基準平面２５とウェーハ裏面１ｂとの間の距離Ｌ
ｂ（ｘ，ｙ），基準平面１５と基準平面２５との間の距
離Ｌｔ（ｘ，ｙ）が求められる（図２参照）。そして，
上記３つの距離Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ
（ｘ，ｙ）に基づいて，上記（１）式により上記ウェー
ハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）が求められる。上記手順で
得られたＬａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，
ｙ），及びそれらを用いて求められたウェーハ１の厚さ
分布Ｔ（ｘ，ｙ）の関係を図３に示す。
【００１４】ここで，基準平面１５の平面形状をＲｅｆ
１（ｘ，ｙ），基準平面２５の平面形状をＲｅｆ２
（ｘ，ｙ），ウェーハ主面１ａの形状をＡ（ｘ，ｙ），
ウェーハ裏面１ｂの形状をＢ（ｘ，ｙ）とすると，上記
Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ）は上
記（２）〜（４）式のように表される。上記（２）〜
（４）式を用いると，上記（１）式は上記（１）′のよ
うに変形できる。上記（１）′式より，上記（１）式で
求められるウェーハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は，基準
平面１５，２５の平面形状Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ），Ｒｅｆ
２（ｘ，ｙ）に依存しない値であることがわかる。即
ち，本実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１によれば，基
準平面の平面形状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分
布測定を行うことが可能となる。これにより，基準平面
は必ずしも理想平面である必要がないため，装置の低コ
スト化が実現できる。
１（ｘ，ｙ），基準平面２５の平面形状をＲｅｆ２
（ｘ，ｙ），ウェーハ主面１ａの形状をＡ（ｘ，ｙ），
ウェーハ裏面１ｂの形状をＢ（ｘ，ｙ）とすると，上記
Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ）は上
記（２）〜（４）式のように表される。上記（２）〜
（４）式を用いると，上記（１）式は上記（１）′のよ
うに変形できる。上記（１）′式より，上記（１）式で
求められるウェーハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は，基準
平面１５，２５の平面形状Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ），Ｒｅｆ
２（ｘ，ｙ）に依存しない値であることがわかる。即
ち，本実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１によれば，基
準平面の平面形状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分
布測定を行うことが可能となる。これにより，基準平面
は必ずしも理想平面である必要がないため，装置の低コ
スト化が実現できる。
【００１５】（変形例１）上記実施の形態に係る形状測
定装置Ｚ１の構成では，上記（１）′式に示すように，
求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は未知のＯｆｆｓｅｔ
量を含むものとなる。そこで，図４に示すように，更に
ウェーハ１の任意位置での厚さを実測する厚さ測定器５
０（絶対厚さ測定手段に相当）を搭載すれば，得られた
厚さ実測値ｔに基づいてウェーハ１の絶対厚さ分布を求
めることが可能である。図５に，上記実施の形態で求め
られた厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）と上記厚さ測定器５０で得
られた厚さ実測値ｔとから絶対厚さ分布を求める手順の
概略を示す。即ち，厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）上における上
記厚さ実測値ｔの測定点での値が上記厚さ実測値ｔと一
致するように，上記厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を平行移動さ
せればよい。
定装置Ｚ１の構成では，上記（１）′式に示すように，
求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は未知のＯｆｆｓｅｔ
量を含むものとなる。そこで，図４に示すように，更に
ウェーハ１の任意位置での厚さを実測する厚さ測定器５
０（絶対厚さ測定手段に相当）を搭載すれば，得られた
厚さ実測値ｔに基づいてウェーハ１の絶対厚さ分布を求
めることが可能である。図５に，上記実施の形態で求め
られた厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）と上記厚さ測定器５０で得
られた厚さ実測値ｔとから絶対厚さ分布を求める手順の
概略を示す。即ち，厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）上における上
記厚さ実測値ｔの測定点での値が上記厚さ実測値ｔと一
致するように，上記厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を平行移動さ
せればよい。
【００１６】（変形例２）また，例えば図６に示すよう
に，光学測定系１０に対する光学測定系２０の平行度が
角度θだけずれていると，この角度θのズレに相当する
傾斜誤差が，求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）に誤差と
して含まれてしまう。そこで，上記形状測定装置Ｚ１，
Ｚ１′には，更に光学測定系１０，２０の平行度を調整
する角度ズレ調整機構（不図示）を設けることが望まし
い。ここで，上記角度ズレ調整機構は，上記干渉縞画像
ｃ（基準平面１５と基準平面２５とで形成される干渉縞
画像），若しくはそれより得られる距離情報に基づいて
上記角度ズレを調整することが可能である。即ち，基準
平面１５と基準平面２５との平行度が一致した時には，
例えば 基準平面１５と基準平面２５とで形成される干渉縞画
像ｃの干渉縞数が最小又は干渉縞の濃淡変化が最小とな
る，又は， 干渉縞画像ｃから得られる形状（距離）分布が最小と
なるという性質を利用して上記光学測定系１０，２０の
平行度を調整することが可能である。
に，光学測定系１０に対する光学測定系２０の平行度が
角度θだけずれていると，この角度θのズレに相当する
傾斜誤差が，求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）に誤差と
して含まれてしまう。そこで，上記形状測定装置Ｚ１，
Ｚ１′には，更に光学測定系１０，２０の平行度を調整
する角度ズレ調整機構（不図示）を設けることが望まし
い。ここで，上記角度ズレ調整機構は，上記干渉縞画像
ｃ（基準平面１５と基準平面２５とで形成される干渉縞
画像），若しくはそれより得られる距離情報に基づいて
上記角度ズレを調整することが可能である。即ち，基準
平面１５と基準平面２５との平行度が一致した時には，
例えば 基準平面１５と基準平面２５とで形成される干渉縞画
像ｃの干渉縞数が最小又は干渉縞の濃淡変化が最小とな
る，又は， 干渉縞画像ｃから得られる形状（距離）分布が最小と
なるという性質を利用して上記光学測定系１０，２０の
平行度を調整することが可能である。
【００１７】（変形例３）上記の例で示した形状測定装
置Ｚ１，Ｚ１′では，測定対象であるウェーハ１を垂直
に支持するように構成されている。これは，重力による
撓みの影響を排除するためである。例えばウェーハ１を
水平にして例えばエッジ部で支持すると，ウェーハ１の
自重による撓みが生じるため，測定されたウェーハ１の
厚さ分布から重力による影響を取り除く必要があるが，
このとき，重力による撓みの大きさが極端に大きくな
り，測定レンジを超えてしまうことがある。一方で，上
記のようにウェーハ１を垂直に支持した場合には，支持
の遊びによってウェーハが微小に振動し，測定に悪影響
を及ぼすことが懸念される。そこで，例えば図７に示す
ように，測定対象であるウェーハ１を鉛直から若干（１
〜１０度程度）傾けた状態でそのエッジを支持（図７で
はクランプ３０ａ〜３０ｃにより３点で支持）すれば，
上記支持点に対して垂直抗力が働いて振動が抑えられる
ため，鉛直支持の場合に比べて上記ウェーハ１は安定す
る。この時，上記ウェーハ１の両側に設置される光学測
定系１０，２０も同様に傾けて設置する必要がある。こ
こで，測定された上記ウェーハ１の厚さ分布は，上記垂
直抗力による撓み分が重畳されているため，これを差し
引く必要がある。上記垂直抗力による撓み分は，予めウ
ェーハ１の形状に関する情報（厚さ，半径，密度），ウ
ェーハ１の弾性係数，図７で示す支持位置などから材料
力学的に求めておくことが可能である（変形量演算手
段）。ここで，上記のようにウェーハ１を鉛直から若干
（１〜１０度程度）傾けた場合には，ウェーハ１を水平
に保持した場合と比べて上記垂直抗力による撓みは小さ
く，測定レンジを超えてしまうこともない。
置Ｚ１，Ｚ１′では，測定対象であるウェーハ１を垂直
に支持するように構成されている。これは，重力による
撓みの影響を排除するためである。例えばウェーハ１を
水平にして例えばエッジ部で支持すると，ウェーハ１の
自重による撓みが生じるため，測定されたウェーハ１の
厚さ分布から重力による影響を取り除く必要があるが，
このとき，重力による撓みの大きさが極端に大きくな
り，測定レンジを超えてしまうことがある。一方で，上
記のようにウェーハ１を垂直に支持した場合には，支持
の遊びによってウェーハが微小に振動し，測定に悪影響
を及ぼすことが懸念される。そこで，例えば図７に示す
ように，測定対象であるウェーハ１を鉛直から若干（１
〜１０度程度）傾けた状態でそのエッジを支持（図７で
はクランプ３０ａ〜３０ｃにより３点で支持）すれば，
上記支持点に対して垂直抗力が働いて振動が抑えられる
ため，鉛直支持の場合に比べて上記ウェーハ１は安定す
る。この時，上記ウェーハ１の両側に設置される光学測
定系１０，２０も同様に傾けて設置する必要がある。こ
こで，測定された上記ウェーハ１の厚さ分布は，上記垂
直抗力による撓み分が重畳されているため，これを差し
引く必要がある。上記垂直抗力による撓み分は，予めウ
ェーハ１の形状に関する情報（厚さ，半径，密度），ウ
ェーハ１の弾性係数，図７で示す支持位置などから材料
力学的に求めておくことが可能である（変形量演算手
段）。ここで，上記のようにウェーハ１を鉛直から若干
（１〜１０度程度）傾けた場合には，ウェーハ１を水平
に保持した場合と比べて上記垂直抗力による撓みは小さ
く，測定レンジを超えてしまうこともない。
【００１８】（変形例４）近年，測定対象であるウェー
ハは大型化する傾向にあるが，それら大型のウェーハに
対しては例えば大型の光学測定系を用いることで対応で
きる。しかしながら，大型の光学測定系になればなるほ
ど，測定光の平行度，強度ムラ，可干渉性などについて
の厳しい要求を満たすことが困難となり，またコストも
上昇する。そこで，上記形状測定装置Ｚ１，Ｚ１′にお
いては，大口径のウェーハを対象とする場合にはその全
面を一括測定できるような大型の光学測定系ではなく小
型の光学測定系１０，２０を用い，ウェーハ１の測定領
域を互いに重複部分を有する複数の部分領域に分割して
それら部分領域毎に厚さ分布測定を行い，それら部分領
域毎の厚さ分布を，互いの重複部分を一致させるように
合成して測定領域全体の厚さ分布を得るように構成して
もよい。この場合，上記部分領域として，ウェーハの平
坦度評価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づ
く領域（以下，サイトフラットネス領域という）を用い
ることが望ましい。図８に，ウェーハ１上のサイトフラ
ットネス領域の一例を示す。また，図９に，上記部分領
域の取り方の一例を示す。図９では，４つのサイトフラ
ットネス領域を１つの部分領域としている。各部分領域
では，サイトフラットネスに要求される高精度（２０ｎ
ｍ以下程度）にて厚さ分布測定を行い，各サイトフラッ
トネス毎に測定結果を出力する。そして，測定領域全体
の厚さ分布は，上記部分領域毎の測定結果を合成する。
測定領域全体の結果は，サイトフラットネスと比べて要
求精度は緩いため（グローバルフラットネス），上記サ
イトフラットネスの結果を合成することにより，それほ
ど大きな重畳領域を確保することなく要求精度を満足す
る結果を得ることが可能である。図１０は，ウェーハ１
の全面領域を測定する場合の部分領域の一例を示す。例
えばφ３００ｍｍウェーハの場合，φ６０ｍｍ程度の測
定開口径を有する光学測定系を用いて，１回で測定可能
な部分領域を□４０ｍｍ確保し，Ｎ＝８分割にてウェー
ハ全面で６４分割（実際には４隅不要のため６０分割）
し，部分領域毎の測定を行うことが可能である。
ハは大型化する傾向にあるが，それら大型のウェーハに
対しては例えば大型の光学測定系を用いることで対応で
きる。しかしながら，大型の光学測定系になればなるほ
ど，測定光の平行度，強度ムラ，可干渉性などについて
の厳しい要求を満たすことが困難となり，またコストも
上昇する。そこで，上記形状測定装置Ｚ１，Ｚ１′にお
いては，大口径のウェーハを対象とする場合にはその全
面を一括測定できるような大型の光学測定系ではなく小
型の光学測定系１０，２０を用い，ウェーハ１の測定領
域を互いに重複部分を有する複数の部分領域に分割して
それら部分領域毎に厚さ分布測定を行い，それら部分領
域毎の厚さ分布を，互いの重複部分を一致させるように
合成して測定領域全体の厚さ分布を得るように構成して
もよい。この場合，上記部分領域として，ウェーハの平
坦度評価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づ
く領域（以下，サイトフラットネス領域という）を用い
ることが望ましい。図８に，ウェーハ１上のサイトフラ
ットネス領域の一例を示す。また，図９に，上記部分領
域の取り方の一例を示す。図９では，４つのサイトフラ
ットネス領域を１つの部分領域としている。各部分領域
では，サイトフラットネスに要求される高精度（２０ｎ
ｍ以下程度）にて厚さ分布測定を行い，各サイトフラッ
トネス毎に測定結果を出力する。そして，測定領域全体
の厚さ分布は，上記部分領域毎の測定結果を合成する。
測定領域全体の結果は，サイトフラットネスと比べて要
求精度は緩いため（グローバルフラットネス），上記サ
イトフラットネスの結果を合成することにより，それほ
ど大きな重畳領域を確保することなく要求精度を満足す
る結果を得ることが可能である。図１０は，ウェーハ１
の全面領域を測定する場合の部分領域の一例を示す。例
えばφ３００ｍｍウェーハの場合，φ６０ｍｍ程度の測
定開口径を有する光学測定系を用いて，１回で測定可能
な部分領域を□４０ｍｍ確保し，Ｎ＝８分割にてウェー
ハ全面で６４分割（実際には４隅不要のため６０分割）
し，部分領域毎の測定を行うことが可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように，本発明は，ウェー
ハの主面側及び裏面側に対向配置される２つの基準平面
と，上記主面側の基準平面を介して上記ウェーハの主面
に向けて照射された平行光の上記ウェーハ主面での反射
光と上記基準平面での反射光とで形成される干渉縞画像
を取得する主面側干渉縞画像取得手段と，上記裏面側の
基準平面を介して上記ウェーハの裏面に向けて照射され
た平行光の上記ウェーハ裏面での反射光と上記基準平面
での反射光とで形成される干渉縞画像を取得する裏面側
干渉縞画像取得手段と，上記ウェーハを上記２つの基準
平面間から取り除いた状態で，上記２つの基準平面に向
けて照射された平行光の上記一方の基準平面における反
射光と他方の基準平面における反射光とで形成される干
渉縞画像を取得する基準平面干渉縞画像取得手段と，上
記主面側干渉縞画像取得手段，上記裏面側干渉縞画像取
得手段，及び上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られ
た３つの干渉縞画像に基づいて上記ウェーハの厚さ分布
を算出する形状算出手段とを具備してなることを特徴と
する形状測定装置として構成されているため，求められ
るウェーハの厚さ分布は，上記２つの基準平面の平面形
状に依存しない値となる。即ち，基準平面の平面形状に
依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが
可能となる。
ハの主面側及び裏面側に対向配置される２つの基準平面
と，上記主面側の基準平面を介して上記ウェーハの主面
に向けて照射された平行光の上記ウェーハ主面での反射
光と上記基準平面での反射光とで形成される干渉縞画像
を取得する主面側干渉縞画像取得手段と，上記裏面側の
基準平面を介して上記ウェーハの裏面に向けて照射され
た平行光の上記ウェーハ裏面での反射光と上記基準平面
での反射光とで形成される干渉縞画像を取得する裏面側
干渉縞画像取得手段と，上記ウェーハを上記２つの基準
平面間から取り除いた状態で，上記２つの基準平面に向
けて照射された平行光の上記一方の基準平面における反
射光と他方の基準平面における反射光とで形成される干
渉縞画像を取得する基準平面干渉縞画像取得手段と，上
記主面側干渉縞画像取得手段，上記裏面側干渉縞画像取
得手段，及び上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られ
た３つの干渉縞画像に基づいて上記ウェーハの厚さ分布
を算出する形状算出手段とを具備してなることを特徴と
する形状測定装置として構成されているため，求められ
るウェーハの厚さ分布は，上記２つの基準平面の平面形
状に依存しない値となる。即ち，基準平面の平面形状に
依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが
可能となる。
【００２０】更に，上記ウェーハの少なくとも１か所の
絶対厚さを測定する絶対厚さ測定手段を具備し，上記形
状算出手段は，上記絶対厚さ測定手段で得られた上記ウ
ェーハの絶対厚さに基づいて上記ウェーハの絶対厚さ分
布を算出するように構成することも可能である。更に，
上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像
に基づいて，上記ウェーハの主面側及び裏面側にそれぞ
れ設置される光学系の角度ズレを調整する角度ズレ調整
手段を具備することが望ましい。これにより，光学系の
角度ズレによる測定精度への悪影響を除去し，更に高精
度の測定が可能となる。
絶対厚さを測定する絶対厚さ測定手段を具備し，上記形
状算出手段は，上記絶対厚さ測定手段で得られた上記ウ
ェーハの絶対厚さに基づいて上記ウェーハの絶対厚さ分
布を算出するように構成することも可能である。更に，
上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像
に基づいて，上記ウェーハの主面側及び裏面側にそれぞ
れ設置される光学系の角度ズレを調整する角度ズレ調整
手段を具備することが望ましい。これにより，光学系の
角度ズレによる測定精度への悪影響を除去し，更に高精
度の測定が可能となる。
【００２１】更に，上記ウェーハを含む測定系全体を鉛
直方向から若干傾斜した状態（例えば１〜１０度）に設
置し，上記ウェーハが鉛直方向から若干傾斜した状態で
保持されるようにすれば，上記ウェーハの支持点に対し
て垂直抗力が働いてウェーハの振動が抑えられるため，
鉛直支持の場合に比べて上記ウェーハはより安定し，振
動による測定精度への悪影響を排除できる。更に，ウェ
ーハを水平に保持した場合と比べて上記垂直抗力による
撓みは小さく，測定レンジを超えてしまうこともない。
このとき，測定値にはウェーハの自重撓みによる変形量
が僅かながら重畳されているため，更に上記ウェーハの
自重撓みによる変形量を演算する変形量演算手段を具備
し，上記形状算出手段が，上記３つの干渉縞画像に基づ
いて得られた上記ウェーハの厚さ分布から上記変形量演
算手段で得られた自重撓みによる変形量を減算するよう
に構成することが望ましい。
直方向から若干傾斜した状態（例えば１〜１０度）に設
置し，上記ウェーハが鉛直方向から若干傾斜した状態で
保持されるようにすれば，上記ウェーハの支持点に対し
て垂直抗力が働いてウェーハの振動が抑えられるため，
鉛直支持の場合に比べて上記ウェーハはより安定し，振
動による測定精度への悪影響を排除できる。更に，ウェ
ーハを水平に保持した場合と比べて上記垂直抗力による
撓みは小さく，測定レンジを超えてしまうこともない。
このとき，測定値にはウェーハの自重撓みによる変形量
が僅かながら重畳されているため，更に上記ウェーハの
自重撓みによる変形量を演算する変形量演算手段を具備
し，上記形状算出手段が，上記３つの干渉縞画像に基づ
いて得られた上記ウェーハの厚さ分布から上記変形量演
算手段で得られた自重撓みによる変形量を減算するよう
に構成することが望ましい。
【００２２】また，上記ウェーハの厚さ分布を互いに重
複部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分
領域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚
さ分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ
分布を取得するように構成すれば，ウェーハが大口径と
なってもそれに応じた大型の測定光学系を用いる必要が
なく，低コストの装置で大口径ウェーハの測定が可能と
なる。このとき，上記部分領域は，ウェーハの平坦度評
価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づく領域
とすることが望ましい。これにより，高精度の測定結果
が必要な部分についてはサイトフラットネスによる高精
度の測定結果が得られると共に，それら高精度の測定結
果を合成して比較的精度要求の低い全体領域での測定結
果を得るため，各部分領域の重複領域をそれほど大きく
取る必要がない。
複部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分
領域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚
さ分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ
分布を取得するように構成すれば，ウェーハが大口径と
なってもそれに応じた大型の測定光学系を用いる必要が
なく，低コストの装置で大口径ウェーハの測定が可能と
なる。このとき，上記部分領域は，ウェーハの平坦度評
価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づく領域
とすることが望ましい。これにより，高精度の測定結果
が必要な部分についてはサイトフラットネスによる高精
度の測定結果が得られると共に，それら高精度の測定結
果を合成して比較的精度要求の低い全体領域での測定結
果を得るため，各部分領域の重複領域をそれほど大きく
取る必要がない。
【図１】 本発明の実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１
の概略構成図。
の概略構成図。
【図２】 上記形状測定装置Ｚ１における光学系の座標
系，及び４つの距離分布Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，
ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），Ｔ（ｘ，ｙ）の定義を示す図。
系，及び４つの距離分布Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，
ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），Ｔ（ｘ，ｙ）の定義を示す図。
【図３】 Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ
（ｘ，ｙ），及びそれらを用いて求められる厚さ分布Ｔ
（ｘ，ｙ）の関係を示す図。
（ｘ，ｙ），及びそれらを用いて求められる厚さ分布Ｔ
（ｘ，ｙ）の関係を示す図。
【図４】 変形例１に係る形状測定装置Ｚ１′の概略構
成図。
成図。
【図５】 厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）と厚さ実測値ｔとから
絶対厚さ分布を求める手順の説明図。
絶対厚さ分布を求める手順の説明図。
【図６】 光学測定系１０，２０の角度ズレの説明図。
【図７】 変形例３に係るウェーハ１の支持状態を示す
図。
図。
【図８】 ウェーハ１上のサイトフラットネス領域の一
例を示す図。
例を示す図。
【図９】 図８に係るサイトフラットネス領域に対する
部分領域の設定の一例を示す図。
部分領域の設定の一例を示す図。
【図１０】 ウェーハ１の全面領域を測定する場合の部
分領域の一例を示す図。
分領域の一例を示す図。
【図１１】 従来技術に係る形状測定装置Ｚ０の概略構
成図。
成図。
１…ウェーハ １ａ…主面 １ｂ…裏面 １１，２１…発光器 １２，２２…測定光 １３，２３…ハーフミラー １４，２４…コリメータレンズ １５，２５…基準平面 １６，２６…受光器（主面側干渉縞画像取得手段，裏面
側干渉縞画像取得手段，及び基準平面干渉縞画像取得手
段の一例） １７′…演算器（形状算出手段の一例） ５０…厚さ測定器（絶対厚さ測定手段の一例）
側干渉縞画像取得手段，及び基準平面干渉縞画像取得手
段の一例） １７′…演算器（形状算出手段の一例） ５０…厚さ測定器（絶対厚さ測定手段の一例）
フロントページの続き (72)発明者 高橋 英二 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F064 AA00 BB00 CC04 DD01 FF00 GG22 HH06 JJ01 2F065 AA55 BB03 CC19 DD03 FF51 FF61 GG01 HH03 HH13 JJ05 LL00 LL04 QQ28 4M106 AA01 CA48 DH03 DH11 DH39 DJ17 DJ20
Claims (11)
- 【請求項１】 ウェーハの主面側及び裏面側に対向配置
される２つの基準平面と，上記主面側の基準平面を介し
て上記ウェーハの主面に向けて照射された平行光の上記
ウェーハ主面での反射光と上記基準平面での反射光とで
形成される干渉縞画像を取得する主面側干渉縞画像取得
手段と，上記裏面側の基準平面を介して上記ウェーハの
裏面に向けて照射された平行光の上記ウェーハ裏面での
反射光と上記基準平面での反射光とで形成される干渉縞
画像を取得する裏面側干渉縞画像取得手段と，上記ウェ
ーハを上記２つの基準平面間から取り除いた状態で，上
記２つの基準平面に向けて照射された平行光の上記一方
の基準平面における反射光と他方の基準平面における反
射光とで形成される干渉縞画像を取得する基準平面干渉
縞画像取得手段と，上記主面側干渉縞画像取得手段，上
記裏面側干渉縞画像取得手段，及び上記基準平面干渉縞
画像取得手段で得られた３つの干渉縞画像に基づいて上
記ウェーハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備
してなることを特徴とする形状測定装置。 - 【請求項２】 上記形状算出手段は，上記基準平面干渉
縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上
記２つの基準平面の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）と，上記主面側
干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められ
る上記ウェーハの主面とそれに対向する上記基準平面と
の距離Ｌａ（ｘ，ｙ）と，上記裏面側干渉縞画像取得手
段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの
裏面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌｂ（ｘ，
ｙ）とに基づいて，上記ウェーハの厚さ分布Ｔ（ｘ，
ｙ）を次式により求めてなる請求項１記載の形状測定装
置。 Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｔ（ｘ，ｙ）−Ｌａ（ｘ，ｙ）−Ｌｂ
（ｘ，ｙ） - 【請求項３】 上記ウェーハの少なくとも１か所の絶対
厚さを測定する絶対厚さ測定手段を具備し，上記形状算
出手段は，上記絶対厚さ測定手段で得られた上記ウェー
ハの絶対厚さに基づいて上記ウェーハの絶対厚さ分布を
算出する請求項１又は２記載の形状測定装置。 - 【請求項４】 上記基準平面干渉縞画像取得手段で得ら
れた干渉縞画像に基づいて，上記ウェーハの主面側及び
裏面側にそれぞれ設置される光学系の角度ズレを調整す
る角度ズレ調整手段を具備してなる請求項１〜３のいず
れかに記載の形状測定装置。 - 【請求項５】 上記角度ズレ調整手段は，上記基準平面
干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像の干渉縞数若
しくは干渉縞の濃淡変化が最小となるように上記２つの
光学系の角度を調整する請求項４記載の形状測定装置。 - 【請求項６】 上記角度ズレ調整手段は，上記基準平面
干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像から求められ
る距離分布が最小となるように上記２つの光学系の角度
を調整する請求項４記載の形状測定装置。 - 【請求項７】 上記ウェーハを含む測定系全体が鉛直方
向から若干傾斜した状態に設置され，上記ウェーハが鉛
直方向から若干傾斜した状態で保持されてなる請求項１
〜６のいずれかに記載の形状測定装置。 - 【請求項８】 上記傾斜が１〜１０度の範囲に設定され
てなる請求項７記載の形状測定装置。 - 【請求項９】 上記ウェーハの自重撓みによる変形量を
演算する変形量演算手段を具備し，上記形状算出手段
は，上記３つの干渉縞画像に基づいて得られた上記ウェ
ーハの厚さ分布から上記変形量演算手段で得られた自重
撓みによる変形量を減算する請求項７又は８記載の形状
測定装置。 - 【請求項１０】 上記ウェーハの厚さ分布を互いに重複
部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分領
域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚さ
分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ分
布を取得する請求項１〜９のいずれかに記載の形状測定
装置。 - 【請求項１１】 上記部分領域は，ウェーハの平坦度評
価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づく領域
である請求項１０記載の形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000053591A JP4400985B2 (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | 形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000053591A JP4400985B2 (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | 形状測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001241923A true JP2001241923A (ja) | 2001-09-07 |
| JP4400985B2 JP4400985B2 (ja) | 2010-01-20 |
Family
ID=18574955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000053591A Expired - Lifetime JP4400985B2 (ja) | 2000-02-29 | 2000-02-29 | 形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4400985B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006275883A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Mitsutoyo Corp | 寸法測定方法および両端面干渉計 |
| JP2007263748A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Mitsutoyo Corp | 光学干渉計 |
| JP2008525801A (ja) * | 2004-12-23 | 2008-07-17 | コーニング インコーポレイテッド | ２面測定用の重複する共通光路干渉計 |
| JP2008180736A (ja) * | 2002-11-14 | 2008-08-07 | Furukawa Electric North America Inc | 光学的に透明な対象物の光学的および物理的厚さを測定する方法と装置 |
| JP2011226989A (ja) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Kobe Steel Ltd | 表面形状測定装置および半導体ウェハ検査装置 |
| CN102829740A (zh) * | 2012-09-12 | 2012-12-19 | 昆山允可精密工业技术有限公司 | 接触式测量仪 |
| CN111430260A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-17 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种晶圆检测方法及装置 |
-
2000
- 2000-02-29 JP JP2000053591A patent/JP4400985B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008180736A (ja) * | 2002-11-14 | 2008-08-07 | Furukawa Electric North America Inc | 光学的に透明な対象物の光学的および物理的厚さを測定する方法と装置 |
| JP2008525801A (ja) * | 2004-12-23 | 2008-07-17 | コーニング インコーポレイテッド | ２面測定用の重複する共通光路干渉計 |
| JP2006275883A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Mitsutoyo Corp | 寸法測定方法および両端面干渉計 |
| JP2007263748A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Mitsutoyo Corp | 光学干渉計 |
| JP2011226989A (ja) * | 2010-04-22 | 2011-11-10 | Kobe Steel Ltd | 表面形状測定装置および半導体ウェハ検査装置 |
| CN102829740A (zh) * | 2012-09-12 | 2012-12-19 | 昆山允可精密工业技术有限公司 | 接触式测量仪 |
| CN102829740B (zh) * | 2012-09-12 | 2015-08-19 | 昆山允可精密工业技术有限公司 | 接触式测量仪 |
| CN111430260A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-17 | 长江存储科技有限责任公司 | 一种晶圆检测方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4400985B2 (ja) | 2010-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4170937B2 (ja) | 研磨された不透明なプレートの形状と厚さ変化を測定する方法と装置 | |
| US7130056B2 (en) | System and method of using a side-mounted interferometer to acquire position information | |
| US7599071B2 (en) | Determining positional error of an optical component using structured light patterns | |
| US20110298896A1 (en) | Speckle noise reduction for a coherent illumination imaging system | |
| US7511827B2 (en) | Interferometer and method of calibrating the interferometer | |
| Chen et al. | Image metrology and system controls for scanning beam interference lithography | |
| US20140233011A1 (en) | System and method for compensating instability in an autofocus system | |
| JPH10260009A (ja) | 座標測定装置 | |
| CN105466359B (zh) | 一种精密面型测量装置 | |
| US20110080593A1 (en) | Surface shape measurement apparatus | |
| CN1675515A (zh) | 共光程频率扫描干涉仪 | |
| JP4400985B2 (ja) | 形状測定装置 | |
| JP7353644B2 (ja) | 光学スキャナ装置の校正方法、光学スキャナ装置及び光学式三次元形状測定装置 | |
| US20030063267A1 (en) | Interferometer system for a semiconductor exposure system | |
| US8537369B1 (en) | Method and apparatus for measuring the shape and thickness variation of a wafer by two single-shot phase-shifting interferometers | |
| US20200240770A1 (en) | Device and Method for Calibrating a Measuring Apparatus Using Projected Patterns and a Virtual Plane | |
| JP3772444B2 (ja) | ステージ装置、座標測定装置および位置測定方法 | |
| JP3907518B2 (ja) | 形状測定装置 | |
| JP4230896B2 (ja) | 形状測定装置及びその校正方法 | |
| US7072048B2 (en) | Interferometric plural-dimensional displacement measuring system | |
| CN105910630B (zh) | 基于空间光程差调制的光程差测量方法及其装置 | |
| JP2002005640A (ja) | 光学式形状測定装置 | |
| JP4007473B2 (ja) | 波面形状測定方法 | |
| JP2008267942A (ja) | 角度測定方法およびその装置 | |
| JP2631003B2 (ja) | 試料形状測定装置及びその測定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070115 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081212 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081216 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090216 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090609 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090904 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20091001 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20091027 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20091027 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4400985 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121106 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131106 Year of fee payment: 4 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |