JP2003014433A - Shape measuring apparatus, control device for shape measuring apparatus, and control program for shape measuring apparatus - Google Patents

Shape measuring apparatus, control device for shape measuring apparatus, and control program for shape measuring apparatus

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JP2003014433A
JP2003014433A JP2001203343A JP2001203343A JP2003014433A JP 2003014433 A JP2003014433 A JP 2003014433A JP 2001203343 A JP2001203343 A JP 2001203343A JP 2001203343 A JP2001203343 A JP 2001203343A JP 2003014433 A JP2003014433 A JP 2003014433A
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measured
light
shape measuring
value
measurement
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Japanese (ja)
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Masahiko Yomoto
雅彦 與本
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Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To surely measure the shape of a measuring surface by use of an interferometer even if the measuring surface has an optical characteristic disper sion. SOLUTION: This measuring apparatus comprises the interferometer for irradiating light to the measuring surface and a prescribed reference surface and detecting the interference fringes formed by the light from these surfaces by an image pickup element; and a control device for drive-controlling the interferometer. The control device comprises a measurement part for setting the luminous quantity of the light irradiated to the measuring surface to each value of a predetermined value group, and driving the interferometer when the luminous quantity is set to each value to perform an interference measurement two or more times; and a calculation part for acquiring the shape information of the measuring surface based on a one showing a proper value among the pixel outputs of the image pickup element in each interference measurement. Accordingly, even if the measuring surface has a dispersion of optical properties, the shape information of the measuring surface can be surely obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの表
面などの被測定面の形状(高さ分布)を測定する形状測
定装置、形状測定装置の制御装置、及び形状測定装置の
制御プログラムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring the shape (height distribution) of a surface to be measured such as the surface of a semiconductor wafer, a controller for the shape measuring apparatus, and a control program for the shape measuring apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、LSIデバイスは、半導体ウエ
ハに対する成膜、リソグラフィー、エッチング等からな
るプロセスを多くの回数経ることにより製造される。こ
のうちリソグラフィーのプロセスでは、仮に、半導体ウ
エハの平坦度が悪いと、LSIパターンの転写に使用す
る光露光装置の焦点合わせが厳しくなるため、転写精度
が低下したり、また、転写精度が低下しなくとも、焦点
合わせに要する時間が長期化されたりする可能性があ
る。
2. Description of the Related Art Generally, an LSI device is manufactured by going through a process including film formation, lithography, etching and the like on a semiconductor wafer many times. In the lithographic process, if the flatness of the semiconductor wafer is poor, the focusing accuracy of the optical exposure device used for transferring the LSI pattern becomes difficult, so that the transfer accuracy or transfer accuracy decreases. Even if it does not, the time required for focusing may be prolonged.

【0003】そこで、半導体ウエハについては、その出
荷前、すなわち全てのプロセスが開始される前のベアウ
エハの状態で平坦度が検査され、それが規格内に収めら
れている製品のみが出荷される。また、出荷時には、製
品情報として、その平坦度を示す何らかの評価値が付加
される場合がある。因みに、現在この平坦度の検査に
は、主に静電容量センサが用いられている。
Therefore, semiconductor wafers are inspected for flatness before shipment, that is, in the state of bare wafers before the start of all processes, and only products whose flatness is within the standard are shipped. Further, at the time of shipment, some evaluation value indicating the flatness may be added as product information. Incidentally, at present, the capacitance sensor is mainly used for the inspection of the flatness.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年になる
と、LSIパターンの微細化に対応するため、光露光装
置の露光波長は短波長化され、また光露光装置の投影レ
ンズは高NA化される傾向にある。しかし、この短波長
化や高NA化は、投影レンズの焦点深度の低下を伴うた
め、光露光装置の焦点合わせに対する要求精度は、一層
厳しくなる。
By the way, in recent years, in order to cope with the miniaturization of LSI patterns, the exposure wavelength of the light exposure apparatus is shortened and the projection lens of the light exposure apparatus is increased in NA. There is a tendency. However, this shortening of the wavelength and the increase in the NA are accompanied by a decrease in the depth of focus of the projection lens, so that the precision required for the focusing of the optical exposure apparatus becomes more severe.

【0005】このため、近年は、半導体ウエハの平坦度
の測定に対しても、より細密化、より高精度化したいと
の要求が生じ、また、その測定の要求も増加する傾向に
ある。ここで、測定の要求が増加するのは、プロセスを
経る毎に半導体ウエハの面形状は変化していくため、平
坦度の測定の必要性が、プロセスを経る前のベアウエハ
の状態においてだけでなく、プロセスを経ている途中の
プロセスウエハの各状態においても生じることに関係す
る。
Therefore, in recent years, there has been a demand for finer and more precise measurement of the flatness of a semiconductor wafer, and the demand for the measurement tends to increase. Here, the demand for measurement increases because the surface shape of the semiconductor wafer changes with each process, so the need for measuring the flatness is not limited to the state of the bare wafer before the process. , Is also generated in each state of the process wafer during the process.

【0006】しかしながら、プロセスウエハは、その表
面にパターンが形成されているため、上述した静電セン
サによる測定はできない。また仮に、測定が可能であっ
たとしても、静電センサは、その原理上、測定に要する
時間が長い割にはその被測定面を粗くしか測定できない
ため、近年の細密化の要求に応えることはできない。な
お、AFM(原子間力顕微鏡)を、プロセスウエハの測
定に使用することも考えられるが、AFMはその原理
上、細密かつ高精度に測定できるものの、測定に要する
時間が非常に長いので、プロセス時間を長期化させてし
まう点であまり好ましくない。
However, since the process wafer has a pattern formed on its surface, it cannot be measured by the above electrostatic sensor. Even if it is possible to measure, the electrostatic sensor, in principle, can only measure the surface to be measured roughly in spite of the long time required for the measurement. I can't. It is possible to use an AFM (atomic force microscope) for measurement of the process wafer. However, although the AFM can measure finely and highly accurately in principle, the time required for measurement is very long, so It is not so preferable because it prolongs the time.

【0007】そこで、近年は、被測定面の面形状を、細
密かつ高精度に、しかも短時間で測定することができる
干渉計が注目されている。干渉計は、被測定面の全域か
らの反射光が成す干渉縞を、二次元検出器(撮像素子)
により一度に検出することから、このような測定が可能
である。実際、ベアウエハの平坦度測定においては、静
電容量センサに代えて干渉計を適用することが既に検討
されている。
Therefore, in recent years, an interferometer capable of measuring the surface shape of the surface to be measured minutely and highly accurately and in a short time has attracted attention. The interferometer uses a two-dimensional detector (imaging element) to detect the interference fringes formed by the reflected light from the entire surface to be measured.
Such a measurement is possible because the detection is performed at once by. In fact, in measuring the flatness of a bare wafer, it has already been considered to apply an interferometer instead of the capacitance sensor.

【0008】但し、パターンが形成されているプロセス
ウエハの表面は、その光学的特性が非一様である(ばら
つきがある)ので、干渉計をそのままプロセスウエハの
平坦度測定に適用することは困難である。すなわち、各
パターンには、金属、半導体、誘電体などの様々な材料
が使用され得るので、光学特性(特に反射率)のばらつ
きは大きく、最も低い領域と最も高い領域との差異が数
倍にも及ぶことがある。このとき仮に、干渉計の内部設
定を金属(高反射率の領域)に合わせると、半導体や誘
電体(低反射率の領域)の高さを示す信号は、検出器の
ダイナミックレンジを有効に利用できずにS/Nが極端
に悪くなる。その反対に、干渉計の内部設定を半導体や
誘電体(低反射率の領域)に合わせると、金属(高反射
率の領域)の高さを示す信号は、検出器を飽和させてし
まい、無効な値しか示さない。
However, since the optical characteristics of the surface of the process wafer on which the pattern is formed are not uniform (there are variations), it is difficult to directly apply the interferometer to the flatness measurement of the process wafer. Is. That is, since various materials such as metals, semiconductors, and dielectrics can be used for each pattern, there are large variations in optical characteristics (especially reflectance), and the difference between the lowest region and the highest region is several times greater. It may also extend. At this time, if the internal setting of the interferometer is adjusted to the metal (high reflectance region), the signal indicating the height of the semiconductor or the dielectric (low reflectance region) effectively uses the dynamic range of the detector. S / N becomes extremely bad without being able to do it. Conversely, if you set the internal settings of the interferometer to semiconductors or dielectrics (low reflectivity regions), the signal indicating the height of the metal (high reflectivity region) will saturate the detector and invalidate it. It only shows the value.

【0009】そこで本発明は、干渉計を使用し、しかも
被測定面内の光学的特性にばらつきがあったとしてもそ
の面形状を確実に測定することができる形状測定装置、
形状測定装置の制御装置、及び形状測定装置の制御プロ
グラムを提供することを目的とする。
In view of this, the present invention uses an interferometer and is capable of reliably measuring the surface shape even if there are variations in the optical characteristics within the surface to be measured.
An object of the present invention is to provide a control device for a shape measuring device and a control program for the shape measuring device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】請求項1〜請求項3の何
れか1項に記載の形状測定装置は、被測定面及び所定の
基準面に光を照射すると共にそれらの面からの光が成す
干渉縞を撮像素子により検出する干渉計と、前記干渉計
を駆動制御する制御装置とを備えた形状測定装置であっ
て、前記制御装置は、前記被測定面に照射される光の光
量を、予め決められた値群のそれぞれに設定すると共
に、前記光量が各値に設定されているときに前記干渉計
を駆動して複数回干渉測定を行う測定部と、前記各干渉
測定時における前記撮像素子の画素出力のうち、適正な
値を示すものに基づいて、前記被測定面の形状情報を取
得する算出部とを有することを特徴とする。
A shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3 irradiates light on a surface to be measured and a predetermined reference surface, and at the same time, the light from those surfaces is emitted. A shape measuring apparatus comprising an interferometer for detecting interference fringes formed by an imaging device, and a control device for driving and controlling the interferometer, wherein the control device controls a light amount of light irradiated on the surface to be measured. , A measuring unit that sets each of the predetermined value groups, and drives the interferometer to perform a plurality of interferometric measurements when the light amount is set to each value, and the measuring unit at the time of each interferometric measurement. It has a calculating part which acquires the shape information of the said to-be-measured surface based on what shows an appropriate value among the pixel outputs of an image sensor.

【0011】したがって、被測定面の光学的性質にばら
つきがあったとしても、その被測定面の形状情報を確実
に得ることができる。また、請求項2又は請求項3に記
載の形状測定装置における前記制御装置は、前記測定部
の動作に先立ち、前記被測定面に照射される光の光量を
所定値に設定すると共に、そのときの前記撮像素子の画
素出力を参照する試験測定部と、前記画素出力が示す前
記被測定面内の光学的特性のばらつきに応じて、前記測
定部が設定すべき前記値群を決定する値決定部とを有す
る。
Therefore, even if there are variations in the optical properties of the surface to be measured, it is possible to reliably obtain the shape information of the surface to be measured. Further, the control device in the shape measuring apparatus according to claim 2 or 3, prior to the operation of the measuring section, sets the light amount of the light with which the surface to be measured is irradiated to a predetermined value, and at that time. A test measurement unit that refers to the pixel output of the image sensor, and a value determination that determines the value group to be set by the measurement unit according to the variation in the optical characteristics in the measured surface indicated by the pixel output. And a department.

【0012】また、請求項3に記載の形状測定装置にお
ける前記制御装置は、複数種の値群を、前記被測定面の
種類に対応づけて格納する記憶部を有し、前記測定部の
動作に先立ち、前記被測定面の種類に応じて、前記測定
部が設定すべき値群を、その種類に対応づけられて前記
記憶部に格納されている値群に決定する値決定部とを有
することを特徴とする。
Further, the control device in the shape measuring apparatus according to claim 3 has a storage section for storing a plurality of kinds of value groups in association with the kind of the surface to be measured, and the operation of the measuring section. Prior to the above, there is a value deciding unit that decides a value group to be set by the measuring unit into a value group stored in the storage unit in association with the type, according to the type of the surface to be measured. It is characterized by

【0013】請求項4〜請求項6の何れか1項に記載の
形状測定装置の制御装置は、被測定面及び所定の基準面
に光を照射すると共にそれらの面からの光が成す干渉縞
を撮像素子により検出する干渉計を備えた形状測定装置
に適用される形状測定装置の制御装置であって、前記被
測定面に照射される光の光量を、予め決められた値群の
それぞれに設定すると共に、前記光量が各値に設定され
ているときに前記干渉計を駆動して複数回干渉測定を行
う測定部と、前記各干渉測定時における前記撮像素子の
画素出力のうち、適正な値を示すものに基づいて、前記
被測定面の形状情報を取得する算出部とを有することを
特徴とする。
The control device of the shape measuring apparatus according to any one of claims 4 to 6 irradiates the surface to be measured and a predetermined reference surface with light, and the interference fringes formed by the light from those surfaces. Is a control device of a shape measuring device applied to a shape measuring device provided with an interferometer for detecting by means of an image pickup device, wherein the amount of light applied to the surface to be measured is set to each of a predetermined value group. Along with the setting, when the light amount is set to each value, the measuring unit that drives the interferometer to perform the interferometric measurement a plurality of times, and the pixel output of the image sensor during each of the interferometric measurements And a calculation unit that acquires the shape information of the surface to be measured based on what indicates a value.

【0014】したがって、被測定面の光学的性質にばら
つきがあったとしても、その被測定面の形状情報を確実
に得ることができる。また、請求項5又は請求項6に記
載の形状測定装置の制御装置は、前記測定部の動作に先
立ち、前記被測定面に照射される光の光量を所定値に設
定すると共に、そのときの前記撮像素子の画素出力を参
照する試験測定部と、前記画素出力が示す前記被測定面
内の光学的特性のばらつきに応じて、前記測定部が設定
すべき前記値群を決定する値決定部とを有する。
Therefore, even if there are variations in the optical properties of the surface to be measured, the shape information of the surface to be measured can be reliably obtained. Further, the control device of the shape measuring apparatus according to claim 5 or 6, sets the light amount of the light with which the surface to be measured is irradiated to a predetermined value prior to the operation of the measuring unit, and A test measurement unit that refers to the pixel output of the image sensor, and a value determination unit that determines the value group to be set by the measurement unit according to the variation in the optical characteristics in the measured surface indicated by the pixel output. Have and.

【0015】また、請求項6に記載の形状測定装置の制
御装置は、複数種の値群を、前記被測定面の種類に対応
づけて格納する記憶部を有し、前記測定部の動作に先立
ち、前記被測定面の種類に応じて、前記測定部が設定す
べき値群を、その種類に対応づけられて前記記憶部に格
納されている値群に決定する値決定部とを有する。請求
項7〜請求項9の何れか1項に記載の形状測定装置の制
御プログラムは、被測定面及び所定の基準面に光を照射
すると共にそれらの面からの光が成す干渉縞を撮像素子
により検出する干渉計を備えた形状測定装置の制御装置
としてコンピュータを動作させるための形状測定装置の
制御プログラムであって、前記被測定面に照射される光
の光量を、予め決められた値群のそれぞれに設定すると
共に、前記光量が各値に設定されているときに前記干渉
計を駆動して複数回干渉測定を行う測定手順と、前記各
干渉測定時における前記撮像素子の画素出力のうち、適
正な値を示すものに基づいて、前記被測定面の形状情報
を取得する算出手順とを有することを特徴とする。
Further, the control device of the shape measuring apparatus according to claim 6 has a storage unit for storing a plurality of kinds of value groups in association with the kind of the surface to be measured, and the operation of the measuring unit. Prior to this, there is provided a value deciding unit for deciding a value group to be set by the measuring unit into a value group stored in the storage unit in association with the type according to the type of the surface to be measured. The control program of the shape measuring apparatus according to any one of claims 7 to 9, which irradiates a surface to be measured and a predetermined reference surface with light and forms an interference fringe formed by the light from those surfaces. Is a control program of a shape measuring device for operating a computer as a control device of a shape measuring device having an interferometer for detecting, the light quantity of light radiated to the surface to be measured, a predetermined value group Of the pixel output of the image sensor at the time of each interferometric measurement, and the measurement procedure of performing the interferometric measurement a plurality of times by driving the interferometer when the light amount is set to each value. , And a calculation procedure for acquiring the shape information of the surface to be measured based on a value indicating an appropriate value.

【0016】したがって、被測定面の光学的性質にばら
つきがあったとしても、その被測定面の形状情報を確実
に得ることができる。また、請求項8又は請求項9に記
載の形状測定装置の制御プログラムは、請求項7に記載
の形状測定装置の制御プログラムにおいて、前記測定手
順の実行に先立ち、前記被測定面に照射される光の光量
を所定値に設定すると共に、そのときの前記撮像素子の
画素出力を参照する試験測定手順と、前記画素出力が示
す前記被測定面内の光学的特性のばらつきに応じて、前
記測定手順において設定すべき前記値群を決定する値決
定手順とを有する。
Therefore, even if there are variations in the optical properties of the surface to be measured, it is possible to reliably obtain the shape information of the surface to be measured. Further, the control program of the shape measuring apparatus according to claim 8 or 9, in the control program of the shape measuring apparatus according to claim 7, irradiates the surface to be measured before performing the measurement procedure. While setting the light amount of light to a predetermined value, the test measurement procedure referring to the pixel output of the image sensor at that time, and the measurement according to the variation in the optical characteristics in the measured surface indicated by the pixel output. A value determination procedure for determining the value group to be set in the procedure.

【0017】また、請求項9に記載の形状測定装置の制
御プログラムは、請求項7又は請求項8に記載の形状測
定装置の制御プログラムにおいて、前記測定手順の実行
に先立ち、前記被測定面の種類に応じて、前記測定手順
において設定すべき値群を、その種類に予め対応づけら
れた値群に決定する値決定手順とを有する。
Further, the control program of the shape measuring apparatus according to claim 9 is the control program of the shape measuring apparatus according to claim 7 or 8, wherein the measurement surface of the measured surface is prior to the execution of the measuring procedure. A value determination procedure for determining a value group to be set in the measurement procedure into a value group associated in advance with the type according to the type.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】[第1実施形態]図1、図2、図3、図
4、図5、図6、図7、図8を参照して本発明の第1実
施形態を説明する。 (構成)図1は、本実施形態(及び、後述する第2実施
形態、第3実施形態)の平坦度測定装置の構成図であ
る。
[First Embodiment] The first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8. (Configuration) FIG. 1 is a configuration diagram of a flatness measuring apparatus of the present embodiment (and second and third embodiments described later).

【0020】本実施形態の平坦度測定装置は、干渉計装
置10とそれを駆動制御するコンピュータ30とからな
る。また、この平坦度測定装置における被測定面20a
は、半導体ウエハ20の表面である。また、半導体ウエ
ハ20は、その表面にパターンの形成されたプロセスウ
エハである。なお、以下に説明する干渉計装置10に
は、フィゾー型の干渉計が適用されているが、トワイマ
ングリーン型など他の干渉計を適用することも可能であ
る。
The flatness measuring apparatus of this embodiment comprises an interferometer apparatus 10 and a computer 30 for driving and controlling the interferometer apparatus 10. The surface to be measured 20a in this flatness measuring device
Is the surface of the semiconductor wafer 20. The semiconductor wafer 20 is a process wafer having a pattern formed on its surface. Although the Fizeau interferometer is applied to the interferometer device 10 described below, other interferometers such as the Twyman Green type can also be applied.

【0021】干渉計装置10において、光源11から出
射された光(以下「測定光」という。)は、光量設定装
置12によりその光量が調整された後、レンズ13A及
びレンズ13Bからなるビームエキスパンダ13により
平行光束に変換され、フィゾーフラット15Aに入射す
る。フィゾーフラット15Aに入射した光の一部は、フ
ィゾーフラット15Aの基準面15aで反射され、他の
一部は、基準面15aを透過して半導体ウエハ20の被
測定面20aに入射する。
In the interferometer device 10, the light emitted from the light source 11 (hereinafter referred to as "measurement light") is adjusted in its light amount by the light amount setting device 12, and then the beam expander including the lenses 13A and 13B. It is converted into a parallel light flux by 13 and is incident on the Fizeau flat 15A. Part of the light that has entered the Fizeau flat 15A is reflected by the reference surface 15a of the Fizeau flat 15A, and the other part of the light passes through the reference surface 15a and enters the measured surface 20a of the semiconductor wafer 20.

【0022】基準面15aにて反射した光(以下「参照
光」という。)、及び被測定面20aにて反射した光
(以下「被検光」という。)は、共にハーフミラー14
において光源11とは別の側に偏向された後、レンズ1
7を介して撮像部18に入射する。撮像部18内の撮像
素子18aは、参照光と被検光とによる干渉縞を撮像す
ることができる。
The light reflected by the reference surface 15a (hereinafter referred to as "reference light") and the light reflected by the measured surface 20a (hereinafter referred to as "test light") are both included in the half mirror 14.
After being deflected to the side different from the light source 11 at
It is incident on the imaging unit 18 via 7. The image pickup device 18a in the image pickup unit 18 can pick up an interference fringe formed by the reference light and the test light.

【0023】ここで、フィゾーフラット15Aの基準面
15aの面精度が十分に高いのであれば(十分な精度の
平面であれば)、その干渉縞は、被測定面20aの形状
(高さ分布)を示すことになる(なお、基準面15aの
面精度が十分でなくとも、その面精度誤差が既知あれ
ば、演算により補正して被測定面20aの高さ分布のみ
を抽出することが可能である)。
Here, if the surface accuracy of the reference surface 15a of the Fizeau flat 15A is sufficiently high (if it is a flat surface of sufficient accuracy), the interference fringes have a shape (height distribution) of the surface 20a to be measured. (Note that even if the surface accuracy of the reference surface 15a is not sufficient, if the surface accuracy error is known, it is possible to correct it by calculation and extract only the height distribution of the measured surface 20a. is there).

【0024】ここで、光量設定装置12は、被測定面2
0aの光学的特性に依らず高コントラストの干渉縞を得
るために、測定光の光量を各種の値に設定することがで
きる。光量設定装置12は、光量調整フィルタ12Aと
それを駆動するフィルタ駆動部12Bとからなり、コン
ピュータ30の指示の下で、測定光の光量を設定する。
例えば、光量調整フィルター12Aは、場所によって濃
度値の異なるNDフィルタであり、フィルタ駆動部12
BはNDフィルタを回動させる機構及びそれを駆動する
モータである。この場合、測定光の光量は、NDフィル
タの回転位置により決まる。
Here, the light quantity setting device 12 includes the measured surface 2
The light quantity of the measurement light can be set to various values in order to obtain a high-contrast interference fringe regardless of the optical characteristics of 0a. The light amount setting device 12 includes a light amount adjusting filter 12A and a filter driving unit 12B that drives the light amount adjusting filter 12A, and sets the light amount of the measurement light under the instruction of the computer 30.
For example, the light amount adjustment filter 12A is an ND filter having a different density value depending on the location, and the filter driving unit 12
B is a mechanism for rotating the ND filter and a motor for driving the mechanism. In this case, the amount of measurement light is determined by the rotation position of the ND filter.

【0025】この干渉計装置10には、また、被測定面
20aの高さ分布をより高精度に求めるために、フリン
ジスキャン式干渉法が適用される。すなわち、フィゾー
フラット15Aは、光路差可変装置15によって、光源
11の波長の1/2以上の距離を光軸方向に移動可能と
なっている。
The fringe scan interferometry method is applied to the interferometer device 10 in order to obtain the height distribution of the surface 20a to be measured with higher accuracy. That is, the Fizeau flat 15A can be moved in the optical axis direction by the optical path difference varying device 15 over a distance of ½ or more of the wavelength of the light source 11.

【0026】光路差可変装置15は、例えば、ピエゾ素
子とそれを駆動する駆動部とからなり、フィゾーフラッ
ト15Aを、十分な精度で所定位置から所定速度で移動
させることができる。この移動によれば、参照光と被検
光との位相差が徐々に変化するので、干渉縞の各点の明
暗を変化させる(フリンジスキャンする)ことができ
る。
The optical path difference varying device 15 is composed of, for example, a piezo element and a drive section for driving the piezo element, and can move the Fizeau flat 15A from a predetermined position at a predetermined speed with sufficient accuracy. According to this movement, the phase difference between the reference light and the test light gradually changes, so that it is possible to change (fringe scan) the brightness of each point of the interference fringes.

【0027】また、この光路差可変装置15によるフィ
ゾーフラット15Aの移動パターンの再現性と、撮像部
18による干渉縞撮像のタイミング(後述)の再現性と
は、十分に高い(すなわち、フリンジスキャンの再現性
は十分に高い)。次に、コンピュータ30は、例えば干
渉計装置10に専用の制御ボードが実装された汎用のコ
ンピュータなどであり、予めインストールされたプログ
ラムに基づいて、干渉計装置10内の光源11、光量設
定装置12、撮像部18、光路差可変装置15のそれぞ
れに各指示を与えることにより、干渉縞を示す情報を取
得する「干渉測定」を行う(詳細は後述する)。
Further, the reproducibility of the movement pattern of the Fizeau flat 15A by the optical path difference varying device 15 and the reproducibility of the timing of the interference fringe imaging (described later) by the imaging section 18 are sufficiently high (that is, fringe scanning Reproducibility is high enough). Next, the computer 30 is, for example, a general-purpose computer in which a dedicated control board is mounted on the interferometer device 10, and based on a program installed in advance, the light source 11 and the light amount setting device 12 in the interferometer device 10. By giving each instruction to the imaging unit 18 and the optical path difference varying device 15, "interference measurement" is performed to obtain information indicating interference fringes (details will be described later).

【0028】また、コンピュータ30は、そのプログラ
ムに基づいて、この干渉測定により得られた情報を解析
する「縞解析」を行う(この縞解析により、被測定面2
0aの高さ分布、そして平坦度が取得される。詳細は後
述する。)。なお、干渉計装置10において、半導体ウ
エハ20は、光露光装置内で使用されるのと同じウエハ
ホルダ16上に保持されていることが好ましい。これ
は、半導体ウエハ20を、使用時と同じ状況下に置くた
めである。
Further, the computer 30 carries out a "fringe analysis" for analyzing the information obtained by this interferometry based on the program (the fringe analysis allows the measured surface 2 to be measured).
The height distribution of 0a and the flatness are acquired. Details will be described later. ). In the interferometer device 10, the semiconductor wafer 20 is preferably held on the same wafer holder 16 as used in the light exposure device. This is because the semiconductor wafer 20 is placed under the same conditions as when used.

【0029】図2は、半導体ウエハ20の被測定面20
aを説明する図である。図2(a)に示すように、被測
定面20aは複数の描画エリア(図においては、1つの
描画エリアが1つのデバイスに相当している。)を有
し、各描画エリアには、例えば、図2(b)に示すよう
な互いに光学的特性の異なる複数種のパターンPa、P
b、Pc、Pdが混在して形成されている。なお、各描
画エリアにおいて、何らパターンが形成されていない領
域についても、他と異なる光学的特性を有したパターン
であるとみなせるので、以下符号「Pe」を付して「パ
ターンPe」と称す。
FIG. 2 shows the surface 20 to be measured of the semiconductor wafer 20.
It is a figure explaining a. As shown in FIG. 2A, the surface 20a to be measured has a plurality of drawing areas (in the figure, one drawing area corresponds to one device). , A plurality of types of patterns Pa and P having different optical characteristics from each other as shown in FIG.
It is formed by mixing b, Pc, and Pd. It should be noted that, in each drawing area, even a region in which no pattern is formed can be regarded as a pattern having optical characteristics different from other regions, and therefore, is denoted by “Pe” and hereinafter referred to as “pattern Pe”.

【0030】以下、パターンPa、Pb、Pc、Pd、
Peそれぞれの反射率Ra、Rb、Rc、Rd、Reの
大小関係は、Ra>Rb>Rc>Rd>Reであるとす
る。 (動作)図3は、本実施形態におけるコンピュータ30
の動作フローチャートである。本実施形態のコンピュー
タ30は、測定光の光量を光量設定装置12を介してL
a、Lb、Lc、Ld、Leの各種に設定すると共に、
それらの各光量の下でそれぞれ干渉測定を行う(ステッ
プS1〜ステップS4)。
Hereinafter, the patterns Pa, Pb, Pc, Pd,
It is assumed that the magnitude relationships among the reflectances Ra, Rb, Rc, Rd, and Re of Pe are Ra>Rb>Rc>Rd> Re. (Operation) FIG. 3 shows a computer 30 according to this embodiment.
3 is an operation flowchart of FIG. The computer 30 of the present embodiment sets the light amount of the measurement light to L via the light amount setting device 12.
Set to a, Lb, Lc, Ld, and Le,
Interference measurement is performed under each of these light quantities (steps S1 to S4).

【0031】以下、光量Laの下での干渉測定、光量L
bの下での干渉測定、光量Lcの下での干渉測定、光量
Ldの下での干渉測定、光量Leの下での干渉測定を、
それぞれ「光量Laの測定」、「光量Lbの測定」、
「光量Lcの測定」、「光量Ldの測定」、「光量Le
の測定」と称す。なお、各測定は、何れもコンピュータ
30が、光路差可変装置15に指示を与えることにより
フリンジスキャンを行いつつ、撮像部18(撮像部18
内の撮像素子18a)を駆動して干渉縞を複数回撮像す
るものである。
Hereinafter, the interference measurement under the light amount La, the light amount L
interference measurement under b, interference measurement under the light quantity Lc, interference measurement under the light quantity Ld, interference measurement under the light quantity Le,
"Measurement of light intensity La", "Measurement of light intensity Lb",
"Measurement of light intensity Lc", "Measurement of light intensity Ld", "Light intensity Le"
Measurement of. In each measurement, the computer 30 gives an instruction to the optical path difference varying device 15 to perform a fringe scan, while the image capturing unit 18 (image capturing unit 18) is used.
The image pickup device 18a) is driven to image the interference fringes a plurality of times.

【0032】例えば、フリンジスキャンの或る方式に基
づいて、光源11の波長の1/2分の距離だけフィゾー
フラット15Aが移動する間に、等間隔で5回撮像が行
われる。図4、図5、図6、図7、図8は、それぞれ、
光量Laの測定、光量Lbの測定、光量Lcの測定、光
量Ldの測定、光量Leの測定を説明する概念図であ
る。
For example, based on a certain method of fringe scanning, the Fizeau flat 15A is moved by a distance corresponding to 1/2 of the wavelength of the light source 11 and is imaged five times at equal intervals. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG.
It is a conceptual diagram explaining measurement of light quantity La, measurement of light quantity Lb, measurement of light quantity Lc, measurement of light quantity Ld, and measurement of light quantity Le.

【0033】これら各図において、左側の絵は、半導体
ウエハ20上の各種のパターンPa、Pb、Pc、Pd
(概念)を示しており、右側のグラフは、撮像素子18
aの画素出力うち、各パターンPa、Pb、Pc、Pd
のそれぞれに対応する各画素出力(概念)を示してい
る。
In each of these figures, the pictures on the left side show various patterns Pa, Pb, Pc, Pd on the semiconductor wafer 20.
(Concept) is shown, and the graph on the right shows the image sensor 18
Of the pixel output of a, each pattern Pa, Pb, Pc, Pd
Each pixel output (concept) corresponding to each of the above is shown.

【0034】フリンジスキャン中には、干渉縞の各点の
明暗は正弦的に時間変化するので、各図の右側に示した
各画素出力も、それぞれ正弦波状に時間変化する(明と
暗を経て元の値に戻る)。また、各正弦波の位相は、各
点の高さに応じたものとなっている(但し、図中の各位
相には、特に意味は無い。)。先ず、光量Laの測定で
は、図4に示すように、パターンPaに対応する画素出
力のレベルが適正レベルに保たれる。
During the fringe scanning, the brightness and darkness of each point of the interference fringe changes sinusoidally with time, so that the output of each pixel shown on the right side of each drawing also changes with time in a sinusoidal manner (after passing through light and dark). Return to the original value). Further, the phase of each sine wave corresponds to the height of each point (however, each phase in the figure has no special meaning). First, in the measurement of the light amount La, as shown in FIG. 4, the level of the pixel output corresponding to the pattern Pa is maintained at an appropriate level.

【0035】また、光量Lbの測定では、図5に示すよ
うに、パターンPbに対応する画素出力のレベルが適正
レベルに保たれる。また、光量Lcの測定では、図6に
示すように、パターンPcに対応する画素出力のレベル
が適正レベルに保たれる。また、光量Ldの測定では、
図7に示すように、パターンPdに対応する画素出力の
レベルが適正レベルに保たれる。
Further, in the measurement of the light quantity Lb, as shown in FIG. 5, the level of the pixel output corresponding to the pattern Pb is maintained at an appropriate level. Further, in the measurement of the light amount Lc, as shown in FIG. 6, the level of the pixel output corresponding to the pattern Pc is maintained at an appropriate level. Moreover, in the measurement of the light amount Ld,
As shown in FIG. 7, the pixel output level corresponding to the pattern Pd is maintained at an appropriate level.

【0036】また、光量Leの測定では、図8に示すよ
うに、パターンPeに対応する画素出力のレベルが適正
レベルに保たれる。ここで、適正レベルとは、画素出力
が最大値を採るときにも撮像素子18aの飽和レベルに
達することなく、かつ撮像素子18aのダイナミックレ
ンジが十分有効に利用されるようなレベルである(例え
ば、飽和レベルの80%以上)。つまり、適正レベルの
画素出力は、そのS/Nが十分に高く、信頼性の高い値
を示す。
In the measurement of the light quantity Le, the pixel output level corresponding to the pattern Pe is maintained at an appropriate level as shown in FIG. Here, the appropriate level is a level that does not reach the saturation level of the image sensor 18a even when the pixel output takes the maximum value, and that the dynamic range of the image sensor 18a is sufficiently effectively used (for example, , Above 80% of saturation level). That is, the pixel output of the appropriate level has a sufficiently high S / N and shows a highly reliable value.

【0037】以上の結果、本実施形態では、光量Laの
測定(図4)では、撮像素子18aの画素のうちパター
ンPaに対応する画素が有効画素(信頼性の高い画素)
となり、光量Lbの測定(図5)では、撮像素子18a
の画素のうちパターンPbに対応する画素が有効画素と
なり、光量Lc(図6)の測定では、撮像素子18aの
画素のうちパターンPcに対応する画素が有効画素とな
り、光量Ldの測定(図7)では、撮像素子18aの画
素のうちパターンPdに対応する画素が有効画素とな
り、光量Leの測定(図8)では、撮像素子18aの画
素のうちパターンPeに対応する画素が有効画素とな
る。
As a result, in the present embodiment, in the measurement of the light amount La (FIG. 4), the pixel corresponding to the pattern Pa among the pixels of the image pickup device 18a is an effective pixel (highly reliable pixel).
Therefore, in the measurement of the light amount Lb (FIG. 5), the image sensor 18a
Of the pixels of the image sensor 18a, the pixel corresponding to the pattern Pb becomes the effective pixel, and in the measurement of the light amount Lc (FIG. 6), the pixel corresponding to the pattern Pc of the pixels of the image sensor 18a becomes the effective pixel and the light amount Ld is measured (see FIG. ), The pixel corresponding to the pattern Pd among the pixels of the image sensor 18a becomes the effective pixel, and the pixel corresponding to the pattern Pe among the pixels of the image sensor 18a becomes the effective pixel in the measurement of the light amount Le (FIG. 8).

【0038】なお、以上のような各光量La、Lb、L
c、Ld、Leの各値については、各パターンPa、P
b、Pc、Pd、Peの光学的特性(例えば、パターン
Pa、Pb、Pc、Pd、Peの各反射率Ra、Rb、
Rc、Rd、Re)により決めることができる。また、
これらの値群(La、Lb、Lc、Ld、Le)は、コ
ンピュータ30が、図3の動作フローチャートが開始さ
れるより前に、記憶しておくことが可能である。
The light amounts La, Lb, L
For each value of c, Ld, Le, each pattern Pa, P
b, Pc, Pd, Pe optical characteristics (for example, the reflectances Ra, Rb of the patterns Pa, Pb, Pc, Pd, Pe).
Rc, Rd, Re). Also,
These value groups (La, Lb, Lc, Ld, Le) can be stored in the computer 30 before the operation flowchart of FIG. 3 is started.

【0039】因みに、上述したように、パターンPa、
Pb、Pc、Pd、Peそれぞれの反射率Ra、Rb、
Rc、Rd、Reの大小関係がRa>Rb>Rc>Rd
>Reであるならば、光量La、Lb、Lc、Ld、L
eの大小関係は、Le>Ld>Lc>Lb>Laとな
る。また、各測定で、どの画素が有効画素であるかにつ
いても、コンピュータ30が、図3の動作フローチャー
トが開始されるより前に、記憶しておくことが可能であ
る。
Incidentally, as described above, the pattern Pa,
The reflectances Ra, Rb of Pb, Pc, Pd, and Pe, respectively.
The magnitude relationship between Rc, Rd, and Re is Ra>Rb>Rc> Rd.
If> Re, the light amounts La, Lb, Lc, Ld, L
The magnitude relation of e is Le>Ld>Lc>Lb> La. It is also possible for the computer 30 to store which pixel is the effective pixel in each measurement before the operation flowchart of FIG. 3 is started.

【0040】因みに、各測定の有効画素は、被測定面2
0aにおけるパターン配置(図2)、及び被測定面20
a上の各点と撮像素子18aの各画素との対応関係によ
って決まる。また、コンピュータ30が記憶しなくと
も、コンピュータ30が、各画素出力に基づいて有効画
素を峻別することも可能である。
Incidentally, the effective pixel of each measurement is the measured surface 2
0a pattern arrangement (FIG. 2) and measured surface 20
It is determined by the correspondence between each point on a and each pixel of the image sensor 18a. Further, even if the computer 30 does not store the data, the computer 30 can also distinguish the effective pixels based on the output of each pixel.

【0041】図3に戻り、続くステップS5では、コン
ピュータ30は、光量Laの測定における有効画素の画
素出力(すなわちパターンPaに対応する画素出力)を
位相分布に変換した後、パターンPaの高さ分布を示す
データ(以下、「高さ分布データ」という。)に変換す
る。また、ステップS5におけるコンピュータ30は、
同様に、光量Lbの測定における有効画素の画素出力、
光量Lcの測定における有効画素の画素出力、光量Ld
の測定における有効画素の画素出力、光量Leの測定に
おける有効画素の画素出力についても、それぞれ位相分
布に変換した後、高さ分布データに変換する。
Returning to FIG. 3, in the subsequent step S5, the computer 30 converts the pixel output of the effective pixel (that is, the pixel output corresponding to the pattern Pa) in the measurement of the light amount La into the phase distribution, and then the height of the pattern Pa. It is converted into data indicating the distribution (hereinafter referred to as “height distribution data”). Further, the computer 30 in step S5
Similarly, the pixel output of the effective pixel in the measurement of the light amount Lb,
Pixel output of effective pixel and light amount Ld in measurement of light amount Lc
The pixel output of the effective pixel in the measurement of 1 and the pixel output of the effective pixel in the measurement of the light amount Le are also converted to the phase distribution and then to the height distribution data.

【0042】このステップS5において得られる各高さ
分布データは、それぞれ被測定面20aの一部の領域に
ついてしか示さないので、コンピュータ30は、続くス
テップS6において、これらの各高さ分布データを合成
して、被測定面20aの全域についての高さ分布データ
を取得する。ここで、ステップS5における変換につい
て簡単に説明する。
The height distribution data obtained in step S5 shows only a partial area of the surface 20a to be measured, so that the computer 30 synthesizes these height distribution data in step S6. Then, height distribution data for the entire area of the surface 20a to be measured is acquired. Here, the conversion in step S5 will be briefly described.

【0043】先ず、被測定面20aの高さ分布は、干渉
縞の位相分布に表れる。また、干渉縞の各点の明暗が1
周期変化する際にフィゾーフラット15Aが移動した距
離は、光源11の波長の1/2である(例えば、光源1
1に波長633nmのヘリウムネオンレーザを用いた場
合には、317nmとなる)。上記変換は、これらの関
係と、フリンジスキャンに適用した方式(すなわち、方
式により規定されるフィゾーフラット15Aの移動パタ
ーンと撮像のタイミング)とに基づく変換式により行わ
れる。
First, the height distribution of the surface 20a to be measured appears in the phase distribution of the interference fringes. In addition, the brightness of each point of the interference fringe is 1
The distance traveled by the Fizeau flat 15A when the period changes is half the wavelength of the light source 11 (for example, the light source 1
In the case of using a helium neon laser having a wavelength of 633 nm for 1), it becomes 317 nm). The conversion is performed by a conversion formula based on these relationships and the system applied to the fringe scan (that is, the movement pattern of the Fizeau flat 15A and the imaging timing defined by the system).

【0044】なお、上記したように、フリンジスキャン
の再現性は十分に高いため、ステップS5における各変
換には、全て同じ変換式を用いることができる。また、
この変換式は、干渉縞の明暗の振幅(すなわち画素出力
の振幅)の値には依らない。したがって、有効画素の画
素出力の振幅に、測定間で多少のずれが生じていたとし
ても、その変換により取得される高さ分布データの値に
は、影響が生じない。
As described above, since the reproducibility of the fringe scan is sufficiently high, the same conversion formula can be used for each conversion in step S5. Also,
This conversion formula does not depend on the value of the amplitude of light and dark of interference fringes (that is, the amplitude of pixel output). Therefore, even if the amplitude of the pixel output of the effective pixel is slightly deviated between the measurements, the value of the height distribution data obtained by the conversion is not affected.

【0045】なお、フリンジスキャンの方式として、
「光源11の波長の1/2分の距離だけフィゾーフラッ
ト15Aを移動させる間に、等間隔で5回撮像するも
の」が挙げられたが、公知の他の方式の何れが適用され
てもよい。続くステップS7では、コンピュータ30
は、ステップS5において取得した高さ分布データか
ら、被測定面20aの平坦度を表す評価値を抽出する。
As a fringe scan method,
Although the one in which the Fizeau flat 15A is imaged five times at equal intervals while moving the Fizeau flat 15A by a distance of ½ of the wavelength of the light source 11 has been mentioned, any known other method may be applied. . In the following step S7, the computer 30
Extracts an evaluation value representing the flatness of the measured surface 20a from the height distribution data acquired in step S5.

【0046】評価値としては、例えば、被測定面20a
の全域に対する基準面からの最大変位幅GFLR、基準
面からの偏差GFLDなどが考えられる。また、これら
の評価値を、被測定面20aの全域について求めるだけ
でなく、各描画エリアについて個別に求めてもよい。す
なわち、各描画エリアに対する基準面からの最大変位幅
SFQR、基準面からの偏差SFQDなどを求めてもよ
い。
As the evaluation value, for example, the measured surface 20a
The maximum displacement width GFLR from the reference surface, the deviation GFLD from the reference surface, and the like for the entire area of the are considered. Further, these evaluation values may be calculated not only for the entire area of the surface 20a to be measured but also individually for each drawing area. That is, the maximum displacement width SFQR from the reference surface, the deviation SFQD from the reference surface, and the like for each drawing area may be obtained.

【0047】以上、本実施形態は、干渉計装置10を、
光学的特性にばらつきのある被測定面20aの形状測定
(ひいては平坦度測定)に利用している。この際、予め
決められた各種の光量の下で測定が行われ、かつ各測定
の結果が合成されるので、このような被測定面20aの
測定が可能となっている。また、本実施形態は、公知の
平坦度測定装置(公知の干渉計装置10と汎用コンピュ
ータ)において、ハードウエアの変更をすることなくソ
フトウエアを一部変更するだけでも、実現することがで
きる。すなわち、本実施形態は、安価に実現可能であ
る。
As described above, in this embodiment, the interferometer device 10 is
This is used for measuring the shape of the surface 20a to be measured (and by extension measuring the flatness) with variations in optical characteristics. At this time, the measurement is performed under various predetermined light amounts, and the results of the respective measurements are combined, so that the measurement of the surface 20a to be measured is possible. Further, the present embodiment can be realized by a known flatness measuring device (the known interferometer device 10 and a general-purpose computer) by only partially changing the software without changing the hardware. That is, this embodiment can be realized at low cost.

【0048】なお、本実施形態では、測定光の光量に設
定する値群(La〜Le)の値数を、被測定面20a上
のパターン(Pa〜Pe)の種類数と同じにしている
が、異なる光学的特性のパターン同士であっても、互い
の光学的特性の差異が小さければ、同一の光量でも十分
に測定することが可能であるので、そのような関係のパ
ターンがあるときには、この値数を減らしても構わな
い。
In this embodiment, the number of values of the value group (La to Le) set for the quantity of measurement light is the same as the number of types of patterns (Pa to Pe) on the surface 20a to be measured. , Even if the patterns have different optical characteristics, if the difference in optical characteristics between them is small, it is possible to sufficiently measure even with the same light amount. You can reduce the number of values.

【0049】また、本実施形態では、ステップS5及び
S6において、各パターン間の画素出力の合成を、高さ
分布データへ変換した後に行っているが、高さ分布デー
タへ変換する前に行っても構わない。 [第2実施形態]図1、図2、図9、図10を参照して
本発明の第2実施形態を説明する。以下、第1実施形態
との相違点についてのみ説明する。
Further, in the present embodiment, in steps S5 and S6, the pixel output between the respective patterns is combined after conversion into height distribution data, but it is carried out before conversion into height distribution data. I don't mind. [Second Embodiment] A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 9 and 10. Only the differences from the first embodiment will be described below.

【0050】(構成)図1に示すように、本実施形態の
平坦度測定装置は、第1実施形態の平坦度測定装置にお
いて、コンピュータ30に代えてコンピュータ40が備
えられたものに等しい。コンピュータ40は、コンピュ
ータ30と同様、干渉計装置10に専用の制御ボードが
実装された汎用のコンピュータなどであるが、インスト
ールされているプログラムの内容がコンピュータ30と
は一部異なる。
(Structure) As shown in FIG. 1, the flatness measuring apparatus of this embodiment is the same as the flatness measuring apparatus of the first embodiment except that a computer 40 is provided instead of the computer 30. Like the computer 30, the computer 40 is a general-purpose computer in which a dedicated control board is mounted on the interferometer apparatus 10, but the contents of the installed program are partially different from the computer 30.

【0051】(動作)図9は、本実施形態のコンピュー
タ40の動作フローチャートである。コンピュータ40
は、コンピュータ30と同様にして図3に示した動作フ
ローチャートを実行する。但し、コンピュータ40は、
その実行よりも前に、図9に示す動作フローチャートを
実行することにより、図3のステップS1〜ステップS
4において測定光に設定すべき光量の値群を、被測定面
20aの光学的特性のばらつきに応じて自動決定する点
で、コンピュータ30とは異なる。
(Operation) FIG. 9 is an operation flowchart of the computer 40 of this embodiment. Computer 40
Executes the operation flowchart shown in FIG. 3 similarly to the computer 30. However, the computer 40
By executing the operation flowchart shown in FIG. 9 before the execution, the steps S1 to S in FIG.
4 is different from the computer 30 in that the value group of the light quantity to be set for the measurement light in 4 is automatically determined according to the variation in the optical characteristics of the measured surface 20a.

【0052】この決定に当たり、先ず、コンピュータ4
0は、測定光の光量を、所定値に設定する(ステップS
21)。この所定値は、少なくとも、被測定面20aの
何れの領域からの反射光も撮像素子18aを飽和させな
いような値である。しかも、この所定値は、フリンジス
キャンした際にも、撮像素子18aを飽和させないよう
な値である。
In making this decision, first, the computer 4
0 sets the amount of measurement light to a predetermined value (step S
21). This predetermined value is at least a value that does not saturate the image sensor 18a with reflected light from any region of the surface 20a to be measured. Moreover, this predetermined value is a value that does not saturate the image sensor 18a even when the fringe scan is performed.

【0053】この状態で、コンピュータ40は、撮像部
18を駆動してフリンジスキャン時の干渉縞を撮像し
(ステップS22)、このときの撮像素子18aの振幅
出力のヒストグラムを参照する(ステップS23)。図
10(a)は、撮像素子18aの振幅出力のヒストグラ
ムである。ここで、測定光の光量が一定であるときの撮
像素子18aの振幅出力の分布は、被測定面20aの光
学的特性の分布を反映している。
In this state, the computer 40 drives the image pickup section 18 to pick up an image of interference fringes at the time of fringe scanning (step S22), and refers to the histogram of the amplitude output of the image pickup element 18a at this time (step S23). . FIG. 10A is a histogram of the amplitude output of the image sensor 18a. Here, the distribution of the amplitude output of the image sensor 18a when the amount of the measurement light is constant reflects the distribution of the optical characteristics of the surface 20a to be measured.

【0054】したがって、被測定面20a上に、図2に
示したようなパターンPa、Pb、Pc、Pd、Peが
形成されていたとすると、このヒストグラムでは、これ
らのパターンに対応してピークpa、pb、pc、p
d、peが生じる。各ピークpa、pb、pc、pd、
peを採るときの各振幅出力Ia、Ib、Ic、Id、
Ieは、それぞれパターンPa、Pb、Pc、Pd、P
eの光学的特性(多くの場合、反射率Ra、Rb、R
c、Rd、Re)を示す。
Therefore, if the patterns Pa, Pb, Pc, Pd, and Pe shown in FIG. 2 are formed on the surface 20a to be measured, in this histogram, peaks pa, pb, pc, p
d and pe are generated. Each peak pa, pb, pc, pd,
Each amplitude output Ia, Ib, Ic, Id when pe is taken,
Ie are patterns Pa, Pb, Pc, Pd, and P, respectively.
optical characteristics of e (in many cases, reflectances Ra, Rb, R
c, Rd, Re) are shown.

【0055】そこで、コンピュータ40は、このヒスト
グラムが示す各振幅出力Ia、Ib、Ic、Id、Ie
に応じて、図1のステップS1〜ステップS4において
測定光の光量に設定すべき値群La、Lb、Lc、L
d、Leを決定する。そして、決定された値群La、L
b、Lc、Ld、Leは、図3の動作フローチャートを
実行するための情報として、コンピュータ40内の所定
の記憶部(ハードディスクなど)に格納される(ステッ
プS24)。
Therefore, the computer 40 causes the amplitude outputs Ia, Ib, Ic, Id, Ie indicated by the histogram to be obtained.
In accordance with the above, the value groups La, Lb, Lc, L to be set for the light amount of the measurement light in steps S1 to S4 of FIG.
d and Le are determined. Then, the determined value groups La and L
b, Lc, Ld, and Le are stored in a predetermined storage unit (hard disk or the like) in the computer 40 as information for executing the operation flowchart of FIG. 3 (step S24).

【0056】以上、本実施形態によると、被測定面20
aの光学的特性の分布が未知であったとしても、その形
状(ひいては平坦度)を測定するために必要な値群L
a、Lb、Lc、Ld、Leが、自動的に決定される。
なお、本実施形態では、値群(La〜Le)の値数が、
被測定面20a上のパターン(Pa〜Pe)の種類数と
同じになっているが、異なる光学的特性のパターン同士
であっても、互いの光学的特性の差異が小さければ、同
一の光量でも十分に測定することが可能であるので、そ
のような関係のパターンがあるときには、この値数を減
らしても構わない。
As described above, according to this embodiment, the surface to be measured 20 is measured.
Even if the distribution of the optical characteristics of a is unknown, the value group L necessary for measuring its shape (and thus flatness)
a, Lb, Lc, Ld, and Le are automatically determined.
In the present embodiment, the number of values in the value group (La to Le) is
Although the number of types of patterns (Pa to Pe) on the surface to be measured 20a is the same, even if the patterns have different optical characteristics, if the difference in optical characteristics between them is small, the same light amount is obtained. Since it is possible to perform sufficient measurement, the number of values may be reduced when there is a pattern of such a relationship.

【0057】すなわち、コンピュータ40は、例えば、
図10(b)に示すように、ヒストグラムにおいて、2
つのピークpg、pfが十分に近接している場合には、
振幅出力Ig、Ifのそれぞれに応じて2つの値Lg、
Lfを決定するのではなく、1つの値Lgfだけ決定す
ることとしてもよい。
That is, the computer 40, for example,
As shown in FIG. 10B, in the histogram, 2
If the two peaks pg and pf are close enough,
Two values Lg depending on the amplitude outputs Ig and If,
Instead of determining Lf, only one value Lgf may be determined.

【0058】なお、各ピークに対応する各振幅出力から
値群を決定するための以上の演算は、各振幅出力がそれ
ぞれどの範囲内に在るのかを峻別することなどにより、
比較的簡単に行うことができる。 [第3実施形態]図1、図11を参照して本発明の第3
実施形態を説明する。以下、第1実施形態との相違点に
ついてのみ説明する。
The above calculation for determining the value group from each amplitude output corresponding to each peak is performed by making a sharp distinction in which range each amplitude output falls.
It can be done relatively easily. [Third Embodiment] A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
An embodiment will be described. Only the differences from the first embodiment will be described below.

【0059】(構成)図1に示すように、本実施形態の
平坦度測定装置は、第1実施形態の平坦度測定装置にお
いて、コンピュータ30に代えてコンピュータ50が備
えられたものに等しい。コンピュータ50は、コンピュ
ータ30と同様、干渉計装置10に専用の制御ボードが
実装された汎用のコンピュータなどであるが、インスト
ールされているプログラムの内容がコンピュータ30と
は一部異なる。
(Structure) As shown in FIG. 1, the flatness measuring apparatus of this embodiment is the same as the flatness measuring apparatus of the first embodiment, except that a computer 50 is provided instead of the computer 30. Like the computer 30, the computer 50 is a general-purpose computer in which a dedicated control board is mounted on the interferometer apparatus 10, but the contents of the installed program are partially different from the computer 30.

【0060】(動作)本実施形態のコンピュータ50
は、測定対象として、予め決められた各種のプロセスウ
エハを想定している。プロセスウエハは品質のばらつき
が少ないので、或る種類のプロセスウエハの測定時に設
定すべき光量の値群が決まれば、その後、同じ種類のプ
ロセスウエハを測定する時には、それと同じ値群を使用
することが可能である。
(Operation) Computer 50 of this embodiment
Assumes various process wafers determined in advance as measurement targets. Since the quality of process wafers is small, if the value group of light quantity to be set is determined when measuring a certain type of process wafer, use the same value group when measuring the same type of process wafer after that. Is possible.

【0061】そこで、本実施形態のコンピュータ50
は、プロセスウエハの種類と、その種類に適応する値群
とを、互いに対応づけて記憶している。すなわち、コン
ピュータ50は、プロセスウエハの種類と値群との対応
表を、内部の記憶部(ハードディスクなど)に格納して
いる。そして、コンピュータ50は、操作者に、表示器
50aや入力器50bなどを介してプロセスウエハの種
類を入力させると、その種類に予め対応づけられた値群
を使用して、測定を行う。
Therefore, the computer 50 of the present embodiment.
Stores a type of process wafer and a value group adapted to the type in association with each other. That is, the computer 50 stores the correspondence table of the types of process wafers and the group of values in the internal storage unit (hard disk or the like). Then, the computer 50 causes the operator to input the type of the process wafer via the display device 50a, the input device 50b, or the like, and performs the measurement using the value group previously associated with the type.

【0062】したがって、操作者は、測定対象のプロセ
スウエハが別の種類のものに交換されても、その種類を
コンピュータ50に入力するだけで、即座に適正な測定
を開始させることができる。なお、図11は、本実施形
態のコンピュータ50が格納している対応表の一例であ
る。
Therefore, even if the process wafer to be measured is exchanged for another type, the operator can immediately start proper measurement just by inputting the type into the computer 50. Note that FIG. 11 is an example of a correspondence table stored in the computer 50 of the present embodiment.

【0063】一般に、プロセスウエハの種類は、そこに
製造するデバイスの種類と、プロセス数(プロセスの段
階)とにより決まる。この対応表によると、コンピュー
タ50は、値群の決定を、デバイスの種類及びプロセス
数とに応じて行うことができる。すなわち、操作者は、
プロセスウエハの種類を、プロセス数とデバイスの種類
とを入力するだけで、コンピュータ50に認識させるこ
とができる。
Generally, the type of process wafer is determined by the type of device manufactured therein and the number of processes (process stage). According to this correspondence table, the computer 50 can determine the value group according to the type of device and the number of processes. That is, the operator
The computer 50 can recognize the type of process wafer by simply inputting the number of processes and the type of device.

【0064】なお、以上説明した第3実施形態に上述し
た第2実施形態を組み合わせることにより、対応表の内
容を、コンピュータが自動的に作成するよう構成するこ
ともできる。 [その他]なお、上記第1実施形態では、各光量が、被
測定面20aの光学的特性のばらつきに応じた各値に設
定されているが、被測定面20aの種類に依らず測定を
可能とするために、比較的細かいステップで光量を変化
させつつ比較的多くの回数測定を行うこととしてもよ
い。
By combining the above-described third embodiment with the above-mentioned second embodiment, the contents of the correspondence table can be automatically created by the computer. [Others] In the first embodiment, each light amount is set to each value according to the variation in the optical characteristics of the measured surface 20a, but the measurement can be performed regardless of the type of the measured surface 20a. Therefore, it is possible to measure a relatively large number of times while changing the light amount in a relatively fine step.

【0065】この場合、そのばらつきが小さい被測定面
20aについては測定時間が不用に長くなるが、第2実
施形態や第3実施形態の処理(値群を決定する処理)を
行う必要は無くなる。但し、この場合には、コンピュー
タが各測定における有効画素を峻別する必要がある。ま
た、上記各実施形態では、汎用のコンピュータが使用さ
れているが、上述したコンピュータの動作の一部又は全
部を、干渉計装置10に専用の制御装置に実行させても
よい。
In this case, the measurement time is unnecessarily long for the measured surface 20a having a small variation, but it is not necessary to perform the processing (processing for determining the value group) of the second or third embodiment. However, in this case, the computer needs to discriminate the effective pixels in each measurement. Although a general-purpose computer is used in each of the above-described embodiments, a part or all of the above-described computer operation may be executed by a control device dedicated to interferometer device 10.

【0066】また、上記第1実施形態又は第3実施形態
については、操作者がプロセスウエハの設計値(パター
ン材料など)を入力すると、測定時に光量として設定す
べき値群を、コンピュータが自動的に決定するよう構成
することも可能である。
Further, in the above-described first or third embodiment, when the operator inputs the design value (pattern material etc.) of the process wafer, the computer automatically determines a group of values to be set as the light quantity at the time of measurement. It is also possible to configure so as to determine.

【0067】[0067]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
干渉計を使用して、被測定面内の光学的特性にばらつき
があったとしてもその面形状を確実に測定することが可
能な形状測定装置、形状測定装置の制御装置、及び形状
測定装置の制御プログラムが実現する。
As described above, according to the present invention,
Using an interferometer, even if there are variations in the optical characteristics of the surface to be measured, the shape measuring device capable of reliably measuring the surface shape, the control device of the shape measuring device, and the shape measuring device A control program is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態の
平坦度測定装置の構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram of a flatness measuring apparatus according to a first embodiment, a second embodiment, and a third embodiment.

【図2】半導体ウエハ20の被測定面20aを説明する
図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a measured surface 20a of a semiconductor wafer 20.

【図3】第1実施形態におけるコンピュータ30の動作
フローチャートである。
FIG. 3 is an operation flowchart of a computer 30 according to the first embodiment.

【図4】光量Laの測定を説明する概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating measurement of a light amount La.

【図5】光量Lbの測定を説明する概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating measurement of a light amount Lb.

【図6】光量Lcの測定を説明する概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating measurement of a light amount Lc.

【図7】光量Ldの測定を説明する概念図である。FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating measurement of a light amount Ld.

【図8】光量Leの測定を説明する概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating measurement of the light amount Le.

【図9】第2実施形態のコンピュータ40の動作フロー
チャートである。
FIG. 9 is an operation flowchart of the computer 40 according to the second embodiment.

【図10】撮像素子18aの振幅出力のヒストグラムで
ある。
FIG. 10 is a histogram of the amplitude output of the image sensor 18a.

【図11】第3実施形態のコンピュータ50が格納して
いる対応表の一例である。
FIG. 11 is an example of a correspondence table stored in the computer 50 of the third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 干渉計装置 11 光源 12 光量設定装置 12A 光量調整フィルタ 12B フィルタ駆動部 13A,13B,17 レンズ 15 光路差可変装置 15A フィゾーフラット 15a 基準面 20 半導体ウエハ 20a 被測定面 18 撮像部 18a 撮像素子 30,40,50 コンピュータ 50a 表示器 50b 入力器 Pa,Pb,Pc,Pd,Pe パターン 10 Interferometer device 11 light source 12 Light intensity setting device 12A Light intensity adjustment filter 12B filter driver 13A, 13B, 17 lenses 15 Optical path difference variable device 15A Fizeau Flat 15a Reference plane 20 Semiconductor wafer 20a surface to be measured 18 Imaging unit 18a image sensor 30, 40, 50 computers 50a display 50b input device Pa, Pb, Pc, Pd, Pe patterns

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被測定面及び所定の基準面に光を照射す
ると共にそれらの面からの光が成す干渉縞を撮像素子に
より検出する干渉計と、 前記干渉計を駆動制御する制御装置と を備えた形状測定装置であって、 前記制御装置は、 前記被測定面に照射される光の光量を、予め決められた
値群のそれぞれに設定すると共に、前記光量が各値に設
定されているときに前記干渉計を駆動して複数回干渉測
定を行う測定部と、 前記各干渉測定時における前記撮像素子の画素出力のう
ち、適正な値を示すものに基づいて、前記被測定面の形
状情報を取得する算出部とを有することを特徴とする形
状測定装置。
1. An interferometer for irradiating light on a surface to be measured and a predetermined reference surface and detecting an interference fringe formed by the light from these surfaces by an image sensor, and a control device for driving and controlling the interferometer. A shape measuring device provided with, wherein the control device sets the light amount of the light irradiated on the surface to be measured to each of a predetermined value group, and the light amount is set to each value. Sometimes, the measurement unit that drives the interferometer to perform the interferometric measurement a plurality of times, based on the pixel output of the image sensor at each of the interferometric measurements, which shows an appropriate value, the shape of the surface to be measured. A shape measuring device, comprising: a calculation unit that acquires information.
【請求項2】 請求項1に記載の形状測定装置におい
て、 前記制御装置は、 前記測定部の動作に先立ち、 前記被測定面に照射される光の光量を所定値に設定する
と共に、そのときの前記撮像素子の画素出力を参照する
試験測定部と、 前記画素出力が示す前記被測定面内の光学的特性のばら
つきに応じて、前記測定部が設定すべき前記値群を決定
する値決定部とを有することを特徴とする形状測定装
置。
2. The shape measuring device according to claim 1, wherein the control device sets the light amount of the light with which the surface to be measured is irradiated to a predetermined value prior to the operation of the measuring section, and at that time. A test measurement unit that refers to the pixel output of the image sensor, and a value determination that determines the value group to be set by the measurement unit according to the variation in the optical characteristics in the measured surface indicated by the pixel output. A shape measuring device comprising:
【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の形状測定
装置において、 前記制御装置は、 複数種の値群を、前記被測定面の種類に対応づけて格納
する記憶部を有し、 前記測定部の動作に先立ち、 前記被測定面の種類に応じて、前記測定部が設定すべき
値群を、その種類に対応づけられて前記記憶部に格納さ
れている値群に決定する値決定部とを有することを特徴
とする形状測定装置。
3. The shape measuring device according to claim 1, wherein the control device includes a storage unit that stores a plurality of types of value groups in association with the types of the surface to be measured, Prior to the operation of the measuring unit, a value group to be set by the measuring unit according to the type of the surface to be measured is determined as a value group stored in the storage unit in association with the type. A shape measuring device comprising: a determining unit.
【請求項4】 被測定面及び所定の基準面に光を照射す
ると共にそれらの面からの光が成す干渉縞を撮像素子に
より検出する干渉計を備えた形状測定装置に適用される
形状測定装置の制御装置であって、 前記被測定面に照射される光の光量を、予め決められた
値群のそれぞれに設定すると共に、前記光量が各値に設
定されているときに前記干渉計を駆動して複数回干渉測
定を行う測定部と、 前記各干渉測定時における前記撮像素子の画素出力のう
ち、適正な値を示すものに基づいて、前記被測定面の形
状情報を取得する算出部とを有することを特徴とする形
状測定装置の制御装置。
4. A shape measuring apparatus applied to a shape measuring apparatus equipped with an interferometer for irradiating light on a surface to be measured and a predetermined reference surface and detecting an interference fringe formed by the light from those surfaces by an image sensor. Of the light amount of the light irradiated on the surface to be measured is set to each of a predetermined value group, and the interferometer is driven when the light amount is set to each value. Then, a measurement unit that performs interferometric measurement a plurality of times, and a pixel output of the image sensor at the time of each interferometric measurement, based on the one showing an appropriate value, a calculation unit that acquires the shape information of the surface to be measured. A control device for a shape measuring device, comprising:
【請求項5】 請求項4に記載の形状測定装置の制御装
置において、 前記測定部の動作に先立ち、 前記被測定面に照射される光の光量を所定値に設定する
と共に、そのときの前記撮像素子の画素出力を参照する
試験測定部と、 前記画素出力が示す前記被測定面内の光学的特性のばら
つきに応じて、前記測定部が設定すべき前記値群を決定
する値決定部とを有することを特徴とする形状測定装置
の制御装置。
5. The control device for the shape measuring apparatus according to claim 4, wherein the light amount of the light with which the surface to be measured is irradiated is set to a predetermined value prior to the operation of the measuring section, and A test measurement unit that refers to the pixel output of the image sensor, and a value determination unit that determines the value group that the measurement unit should set according to the variation in the optical characteristics in the measured surface indicated by the pixel output. A control device for a shape measuring device, comprising:
【請求項6】 請求項4又は請求項5に記載の形状測定
装置の制御装置において、 複数種の値群を、前記被測定面の種類に対応づけて格納
する記憶部を有し、 前記測定部の動作に先立ち、 前記被測定面の種類に応じて、前記測定部が設定すべき
値群を、その種類に対応づけられて前記記憶部に格納さ
れている値群に決定する値決定部とを有することを特徴
とする形状測定装置の制御装置。
6. The shape measuring apparatus control device according to claim 4, further comprising a storage unit that stores a plurality of types of value groups in association with the types of the surface to be measured, Prior to the operation of the unit, a value determination unit that determines a value group to be set by the measurement unit according to the type of the surface to be measured, into a value group stored in the storage unit in association with the type. A control device for a shape measuring device, comprising:
【請求項7】 被測定面及び所定の基準面に光を照射す
ると共にそれらの面からの光が成す干渉縞を撮像素子に
より検出する干渉計を備えた形状測定装置の制御装置と
してコンピュータを動作させるための形状測定装置の制
御プログラムであって、 前記被測定面に照射される光の光量を、予め決められた
値群のそれぞれに設定すると共に、前記光量が各値に設
定されているときに前記干渉計を駆動して複数回干渉測
定を行う測定手順と、 前記各干渉測定時における前記撮像素子の画素出力のう
ち、適正な値を示すものに基づいて、前記被測定面の形
状情報を取得する算出手順とを有することを特徴とする
形状測定装置の制御プログラム。
7. A computer is operated as a control device of a shape measuring apparatus equipped with an interferometer for irradiating light on a surface to be measured and a predetermined reference surface and detecting an interference fringe formed by the light from those surfaces by an image sensor. A control program of a shape measuring device for causing the light amount of the light irradiated on the surface to be measured to be set to each of a predetermined value group, and when the light amount is set to each value In the measurement procedure of driving the interferometer to perform interferometric measurement a plurality of times, among the pixel outputs of the image sensor at the time of each interferometric measurement, based on the one showing an appropriate value, the shape information of the measured surface. A control program for a shape measuring apparatus, comprising:
【請求項8】 請求項7に記載の形状測定装置の制御プ
ログラムにおいて、前記測定手順の実行に先立ち、 前記被測定面に照射される光の光量を所定値に設定する
と共に、そのときの前記撮像素子の画素出力を参照する
試験測定手順と、 前記画素出力が示す前記被測定面内の光学的特性のばら
つきに応じて、前記測定手順において設定すべき前記値
群を決定する値決定手順とを有することを特徴とする形
状測定装置の制御プログラム。
8. The control program of the shape measuring apparatus according to claim 7, wherein the light quantity of the light with which the surface to be measured is irradiated is set to a predetermined value prior to the execution of the measurement procedure, and A test measurement procedure that refers to the pixel output of the image sensor, and a value determination procedure that determines the value group to be set in the measurement procedure according to the variation in the optical characteristics in the measured surface indicated by the pixel output. A control program for a shape measuring apparatus, comprising:
【請求項9】 請求項7又は請求項8に記載の形状測定
装置の制御プログラムにおいて、 前記測定手順の実行に先立ち、 前記被測定面の種類に応じて、前記測定手順において設
定すべき値群を、その種類に予め対応づけられた値群に
決定する値決定手順とを有することを特徴とする形状測
定装置の制御プログラム。
9. The control program for the shape measuring apparatus according to claim 7, wherein a group of values to be set in the measuring procedure according to the type of the surface to be measured prior to executing the measuring procedure. And a value determination procedure for determining a value group associated in advance with the type, a control program of the shape measuring apparatus.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008281391A (en) * 2007-05-09 2008-11-20 Pulstec Industrial Co Ltd Apparatus and method for measuring three-dimensional shape
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