JP2010060539A - 表面検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表面検査装置1に、保持部材2(把持部2a)と、光学部材60と、表側第1光源11と、表側第2光源12と、ミラー30と、コリメータレンズ40と、ミラー50と、ハーフミラー70と、ダイクロイックミラー80と、表側第1撮像部91と、表側第1撮像部92と、画像処理プログラムと、を備え、第1波長の光を試料Wの表面の一面で反射させる一方で、第2波長の光を把持部2aの一面側に取付け固定された光学部材60で反射させ、画像処理プログラムにより、双方から反射された光に基づく輝度データを用いて試料Wの表面の形状を算出する。
【選択図】図1
Description
具体的には、表面検査装置は、試料保持部に保持された試料に対して光を照射する照射部と、試料で反射した光を結像する結像部と、結像された像を撮像して画素ごとの輝度データを生成する撮像部と、この輝度データに基づいて試料表面の形状を算出する画像処理部とを備えている(例えば、特許文献1参照)。そして、試料保持部に保持された試料を入射方向(法線方向)に対して傾斜させて、結像部により結像され撮像部により撮像された光量に応じた像の輝度から試料表面の凹凸部の有無や凹凸部の形状等を算出するようになっている。
また、生産効率の向上のためにウェーハサイズが拡大してきており、例えば、φ450mmのウェーハのように、よりサイズの大きいウェーハの表面形状の測定を高精度に行うことができる表面検査装置が望まれている。
しかしながら、試料の表面形状の測定に際して、表面検査装置が設置されている環境の変動の影響を受けてしまうといった問題がある。即ち、特許文献2記載の発明は、剛体平板により空気中を伝搬する振動の影響でウェーハが振動するのを防止するものであり、かかる構成によりウェーハ自体に生ずる空気振動等の影響は防止できるが、形状測定装置に備えられたウェーハ以外の構成(例えば、照射部や結像部のレンズ等)の温度変化による熱膨張等の影響によって測定値に誤差が生じる虞がある。
つまり、たとえ上記特許文献2記載の発明によって、ウェーハ自体に発生し得る振動を防止できたとしても、試料の測定の際における、表面検査装置自体の振動の有無、試料保持部の振動の有無、照射部や結像部のレンズの温度変化等によって、表面形状の測定を高精度に行うことができない。
平板状の試料の表裏面のうち、少なくとも一面に光を照射して、前記試料の少なくとも一面の測定対象領域の形状を測定する表面検査装置であって、試料を保持する試料保持部と、前記試料保持部の一面側に取付け固定され、所定の第1波長の光を透過し、且つ、前記第1波長と異なる第2波長の光を反射する光学部材と、前記第1波長の光と前記第2波長の光を同時に照射する照射部と、前記照射部から照射され、前記試料の一面で反射した光及び前記光学部材で反射した光を結像する光結像部と、前記光結像部により結像された前記第1波長の光学像を撮像して画素ごとの第1輝度データを生成する第1撮像部と、前記光結像部により結像された前記第2波長の光学像を撮像して画素ごとの第2輝度データを生成する第2撮像部と、前記第1撮像部により生成された第1輝度データ及び前記第2撮像部により生成された第2輝度データに基づいて試料表面の形状を算出する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
したがって、設置環境に変動が生じても、試料の表面形状の測定をより高精度に行うことができる。
図1は、本発明の基本となる表面検査装置の構成図であり、図2は、表面検査装置の制御部、表側撮像部及び裏側撮像部の構成を示すブロック図である。
また、図1における表面検査装置の左右をX軸方向、上下をY軸方向とする。
具体的には、表面検査装置1は、図1及び図2に示すように、試料Wを保持する保持部材2と、表側光源部10と、裏側光源部110と、第1ミラー20、120と、第2ミラー30、130と、コリメータレンズ40、140と、第3ミラー50、150と、光学部材60、160と、ハーフミラー70、170と、ダイクロイックミラー80、180と、表側撮像部90と、裏側撮像部190と、制御部200等を備えて構成されている。
このうち、保持部材2と、表側光源部10と、第1ミラー20と、第2ミラー30と、コリメータレンズ40と、第3ミラー50と、光学部材60と、ハーフミラー70と、ダイクロイックミラー80と、表側撮像部90と、制御部200によって、表面測定部1Aが構成され、また、保持部材2と、表側光源部110と、第1ミラー120と、第2ミラー130と、コリメータレンズ140と、第3ミラー150と、光学部材160と、ハーフミラー170と、ダイクロイックミラー180と、裏側撮像部190と、制御部200によって、裏面測定部1Bが構成されている。
把持部2aは、試料Wの表裏面のY軸方向両端部を挟み込んで把持する部材であり、試料Wを保持する試料保持部として機能している。
裏側光源部(照射部)110は、表側光源部10と略同様の構成をなしている。即ち、裏側光源部110は、所定の第1波長の光を照射する裏側第1光源(第1照射部)111と、第1波長と異なる第2波長の光を照射する裏側第2光源(第2照射部)112とを備えて構成され、波長の異なる上記2つの光を同時に第1ミラー120に向けて照射する
表側第2光源12及び裏側第2光源112は、例えば、第2波長の光としての青色光(波長域430〜460nm程度)を照射するLEDを含んで構成される。
これにより、第1ミラー20、120に対する、表側光源部10、裏側光源部110の照射位置の調整が容易になるとともに、第1波長の光と第2波長の光の間で不慮の光路差等が生じ、後述の画像処理プログラム203実行時に、数値誤差等を発生させるのを未然に防止することができる。
第1ミラー120は、裏側光源部110の裏側第1光源111及び裏側第2光源112よりY軸方向上側に同時に照射された第1波長の光及び第2波長の光を第2ミラー130に向けてX軸方向右側に反射させる。
なお、光結像部の構成は、一例であってこれに限定されるものではない。
第2ミラー130は、第1ミラー120により反射された第1波長の光及び第2波長の光をコリメータレンズ140に向けてY軸方向下側に反射させる。また、第2ミラー130は、試料Wの裏面にて反射してコリメータレンズ140を透過した第1波長の光及び光学部材160にて反射してコリメータレンズ140を透過した第2波長の光をハーフミラー170に向けてX軸方向左側に反射させる。
コリメータレンズ140は、第2ミラー130により反射された第1波長の光及び第2波長の光を透過させて平行光にするとともに、試料Wの裏面にて反射した後、第3ミラー150により反射された第1波長の光及び光学部材160にて反射した後、第3ミラー150により反射された第2波長の光を透過させて所定位置に集光させる。
第3ミラー150は、コリメータレンズ140により平行光にされた第1波長の光及び第2波長の光を光学部材160に向けてX軸方向右側に反射させる。また、第3ミラー150は、試料Wの裏面にて反射された第1波長の光及び光学部材160にて反射された第2波長の光をコリメータレンズ140に向けてY軸方向上側に反射させる。
具体的には、光学部材60は、表側光源部10から照射された光のうち、第1波長の光(例えば、赤色光)を透過させる一方で、第1波長の光と波長の異なる第2波長の光(例えば、青色光)を当該光学部材60にて反射させて、反射光に照射時と逆向きの光路を辿らせる。
光学部材160は、裏側光源部110から照射された光のうち、第1波長の光(例えば、赤色光)を透過させる一方で、第1波長の光と波長の異なる第2波長の光(例えば、青色光)を当該光学部材160にて反射させて、反射光に照射時と逆向きの光路を辿らせる。
ハーフミラー170は、第1ミラー120により反射された第1波長の光及び第2波長の光を透過させる。また、ハーフミラー170は、試料Wの裏面にて反射した後、第2ミラー130により反射された第1波長の光及び光学部材160にて反射した後、第2ミラー130により反射された第2波長の光をダイクロイックミラー180に向けてY軸方向下側に反射させる。
具体的には、ダイクロイックミラー80は、例えば、ハーフミラー70により反射された光のうち、第1波長の光を透過させるとともに、第1波長と異なる第2波長の光をX軸方向左側に反射させる。
ダイクロイックミラー180は、例えば、ハーフミラー170により反射された光のうち、第1波長の光を透過させるとともに、第1波長と異なる第2波長の光をX軸方向右側に反射させる。
裏側撮像部190は、表側撮像部90と略同様の構成をなしている。即ち、裏側撮像部190は、ダイクロイックミラー180を透過した第1波長の光が入射される裏側第1撮像部191と、ダイクロイックミラー180にて反射された第2波長の光が入射される裏側第2撮像部192とを備えて構成される。
表側第2撮像部92及び裏側第2撮像部192は、例えば、CCDカメラ等で構成され、光結像部により結像された第2波長の光学像を撮像して画素ごとの第2輝度データを生成し、後述のRAM202に対して出力する。
具体的には、制御部200は、図2に示すように、CPU201、RAM202、記憶部203等を備えて構成され、記憶部203に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、表面検査装置1の動作制御を行っている。
具体的には、CPU201が画像処理プログラム203aを実行すると、試料Wの表裏面の各々の形状を表す輝度データであって、試料Wの設置環境等の変動を考慮せずに検出される第1波長の光に基づく第1輝度データから、試料Wと一体となって振動等する光学部材60により反射される第2波長の光に基づく第2輝度データを減算し、輝度データの補正を行う。そして、その減算(補正)した結果を測定対象領域の各点における輝度データとすることにより、試料Wの設置環境等の変動の影響を低減させることができる。
次いで、その各点における(補正された)輝度データから隣接画素の輝度データとの差を演算し、傾斜方向に沿う1つのライン(データ処理における走査ライン)について、輝度データの分布の1次微分を得る。この1次微分によって求められたデータは測定対象領域の傾斜量を反映しているので、上記1次微分の結果から走査ラインに沿った傾斜分布が求まる。さらに、走査ライン方向について、輝度データの初期位置の画素(通常は端の画素)から各画素までの輝度データを積算し、各位置の積分データを求め、この積分データから得られる回帰曲線と積分データとの差に基づいて測定対象領域の凹凸を求めることができる。
ここで、試料Wの裏面形状の算出(補正)にあっては、試料Wの裏面形状の測定用に備えられた光学部材160等により、裏側第2撮像部192によって生成される裏面側の第2輝度データを用いることができるので、例えば、裏面側の第1輝度データに対する上記補正にあたって、裏面側の第2輝度データの代わりに表面側の第2輝度データを使用した際の、第1/第2輝度データ間の位置・角度・時間的な突合せや調整を図る必要が無いため、迅速かつ高精度な画像処理が可能となる。
したがって、CPU201は、かかる画像処理プログラム203aを実行することで、画像処理手段及び補正手段として機能する。
つまり、例えば、試料Wの測定対象領域が平坦部である場合、表側光源部10、裏側光源部110より照射され、試料Wの表裏面で反射する第1波長の光は、照射方向と同じ方向に反射し、表側第1撮像部91、裏側第1撮像部191によって全て受光されるので、その輝度(第1輝度データの輝度)は100%となる。しかし、測定対象領域に任意の傾き角を備える凸部が存在する場合、その凸部に照射された第1波長の光は、凸部の傾き角に応じて照射方向と異なる方向(表側第1撮像部91、裏側第1撮像部191によって受光されない方向)に反射し、輝度が0%となる場合がある。
そこで、上記のような場合、例えば図3に示されるように、表側光源部10、裏側光源部110を図中矢印の方向に移動させ、第1波長の光の照射位置を所定量(図3の破線位置から実線位置に)ずらすような制御をCPU201に実行させることにより、凸部に照射された第1波長の光が、表側第1撮像部91、裏側第1撮像部191によって全て受光されるようにすることが可能となる。
つまり、上記プログラムの実行により、試料Wの表裏面にある、任意の傾斜角を備えた凸凹や傷、パーティクルを検知することが可能となる。
試料Wの表裏面の形状を同時に計測する場合、表面測定部1A及び裏面測定部1Bにより同時計測を行う。
次いで、試料Wの表面で反射した第1波長の光及び光学部材60にて反射した第2波長の光は、ハーフミラー70まで上記入射時と逆の光路を辿る。つまり、双方の反射光は、第3ミラー50によりコリメータレンズ40に向けて反射され、コリメータレンズ40を透過し、第2ミラー30によりハーフミラー70に向けて反射される。そして、双方の反射光は、ハーフミラー70によりダイクロイックミラー80に向けて反射し、第1波長の光はダイクロイックミラー80を透過して表側第1撮像部91に入射されて撮像され、第2波長の光はダイクロイックミラー80により反射して表側第2撮像部92に入射されて撮像される。
そして、表側第1撮像部91は、第1波長の光に基づいて第1輝度データを生成してRAM202に出力し、一方、表側第2撮像部92は、第2波長の光に基づいて第1輝度データを生成してRAM202に出力する。
具体的には、裏側光源部110の裏側第1光源111が第1波長の光を、裏側第2光源112が第2波長の光を同時に照射し、双方の光は第1ミラー120により第2ミラー130に向けて反射される。そして、双方の光は第2ミラー130によりコリメータレンズ140に向けて反射され、コリメータレンズ140を透過して平行光となり、第3ミラー150により光学部材160に向けて反射される。さらに、光学部材160に向けて反射された双方の光のうち、第1波長の光は光学部材160を透過して試料Wの裏面で反射する一方で、第2波長の光は光学部材160にて反射する。
次いで、試料Wの裏面で反射した第1波長の光及び光学部材160にて反射した第2波長の光は、ハーフミラー170まで上記入射時と逆の光路を辿る。つまり、双方の反射光は、第3ミラー150によりコリメータレンズ140に向けて反射され、コリメータレンズ140を透過し、第2ミラー130によりハーフミラー170に向けて反射される。そして、双方の反射光は、ハーフミラー170によりダイクロイックミラー180に向けて反射し、第1波長の光はダイクロイックミラー180を透過して裏側第1撮像部191に入射されて撮像され、第2波長の光はダイクロイックミラー180により反射して裏側第2撮像部192に入射されて撮像される。
そして、裏側第1撮像部191は、第1波長の光に基づいて第1輝度データを生成してRAM202に出力し、一方、裏側第2撮像部192は、第2波長の光に基づいて第1輝度データを生成してRAM202に出力する。
同様に、試料Wの裏面についても、CPU201が画像処理プログラム203aを実行して、裏側第1撮像部191より出力された第1輝度データから裏側第1撮像部192より出力された第2輝度データを減算することで第1輝度データを補正して、当該補正後の第1輝度データに基づいて、試料Wの裏面の形状を算出する。
即ち、把持部2aに光学部材60が取付け固定されているので、例えば、当該表面検査装置1の設置環境等の変動により試料Wが所定の振動等を行っている場合に、光学部材60と試料Wが一体となって振動することから、試料Wの設置環境等の変動を考慮せずに検出される第1波長の光に基づく第1輝度データを光学部材60で反射された第2波長の光に基づく第2輝度データに基づいて補正することができる。従って、試料Wの表面形状の測定の際に、当該表面検査装置1自体の振動、把持部2aの振動、表側光源部10や結像部のレンズ(例えば、コリメータレンズ40等)の温度変化等が生じた場合であっても、これらの影響を排除して試料Wの表面の形状を適正に算出することができる。
また、試料Wの裏面についても、同様に、当該表面検査装置1の設置環境等の変動の影響を排除して試料Wの裏面の形状を適正に算出することができる。
つまり、表面検査装置1の設置環境の変動の主たる原因として、各部材を保持するフレーム等の熱膨張や、試料Wと表側撮像部90及び裏側撮像部190とが同じ振動でない場合などが考えられる。
ここで、特許文献2記載の発明は、剛体平板によりウェーハ自体に生ずる空気振動等を防止又は軽減するものであるが、測定中にウェーハが振動して当該振動を減衰させるように作用すると測定値に影響を生じさせる虞がある。これに対して、本発明にかかる表面検査装置1によると、試料Wの表面形状の測定中に、所定の外乱によって試料Wに振動が生じたとしても、把持部2aにより当該試料Wと光学部材60、160が一体となって振動することで当該外乱の影響を排除することができ、これにより、特許文献2記載の発明に比して測定値の誤差を少なくすることができ、試料Wの表面形状をより精確に算出することができる。
よって、本発明は、設置環境に変動が生じても、試料Wの表面形状の測定をより高精度に行うことができる表面検査装置1であるといえる。
これによって、試料Wの表裏面の各々を測定対象とすることができることとなり、表裏面の何れか一方のみを測定対象とする場合に比べて、一層高精度な形状の測定が可能となるのはもちろんのこと、試料Wの裏面形状の算出(補正)にあって、輝度データ間の位置・角度・時間的な突合せや調整を図る必要が無いため、迅速かつより高精度な画像処理が可能となる。
これによって、波長の異なる第1波長の光及び第2波長の光のうち、第1波長の光を透過させて表側第1撮像部91、裏側第1撮像部191に入射させる一方で、第2波長の光を反射させて表側第2撮像部92、裏側第2撮像部192に入射させることができるので、より高精度に第1波長の光及び第2波長の光を分離し、確実にその分離した光を表側撮像部90及び裏側撮像部190に入射させることができる。
例えば、表面検査装置1として、試料の表裏面の測定対象領域の形状を測定するものを例示したが、これに限られるものではなく、試料Wの片面側の測定対象領域の形状の測定用の表面測定部1A及び裏面測定部1Bのうち、何れか一方を備えるものであっても良い。
即ち、表面測定部1Aを構成する、光学部材60と、表側光源部10(表側第1光源11及び表側第2光源12)と、第1ミラー20と、第2ミラー30と、コリメータレンズ40と、第3ミラー50と、ハーフミラー70と、ダイクロイックミラー80と、表側撮像部90(表側第1撮像部91及び表側第1撮像部92)を備えたものであっても当然よい。
即ち、表側光源部10及び裏側光源部110は、必ずしも第1波長の光と第2波長の光を別々の光源から同時照射させる必要はなく、例えば、第1波長の光と第2波長の光が混在した光を照射する光源を備えていても良い。かかる場合であっても、光学部材60、160により、第1波長の光と第2波長の光を分離することができるので、上記構成と同様の効果を発揮することができる。
さらに、例えば、表面検査装置1が表面測定部1Aのみからなる場合に、試料Wの裏面側にのみ光学部材を設け、第1照射部から第1波長の光を試料Wの表面側に向けて照射し、当該第1波長の光の照射と同期させて、第2照射部から第2波長の光を試料Wの裏面側に向けて光学部材により反射させるように照射する構成であっても良い。
具体的には、例えば、光学部材60(160)は、光結像部の各種ミラーやレンズとも一体となって構成されても良いし、表側撮像部90(裏側撮像部190)とも一体となって構成されても良い。また、表面検査装置1は、例えば、表側光源部10(裏側光源部110)を別体として、それ以外の全てを一体として構成しても良い。
さらに、上記実施形態では、画像処理手段、補正手段としての機能を、CPU201によって画像処理プログラム203aが実行されることにより実現される構成としたが、これに限られるものではなく、例えば、各種機能を実現するためのロジック回路等から構成しても良い。
2 保持部材
2a 把持部(試料保持部)
10 表側光源部(照射部)
11 表側第1光源(第1照射部)
12 表側第2光源(第2照射部)
110 裏側光源部(照射部)
111 裏側第1光源(第1照射部)
112 裏側第2光源(第2照射部)
20、120 第1ミラー
30、130 第2ミラー(光結像部)
40、140 コリメータレンズ(光結像部)
50、150 第3ミラー(光結像部)
60、160 光学部材
70、170 ハーフミラー(光結像部)
80、180 ダイクロイックミラー(光結像部)
90 表側撮像部
91 表側第1撮像部(第1撮像部)
92 表側第2撮像部(第2撮像部)
190 裏側撮像部
191 裏側第1撮像部(第1撮像部)
192 裏側第2撮像部(第2撮像部)
200 制御部
201 CPU(画像処理手段、補正手段)
203a 画像処理プログラム(画像処理手段、補正手段)
W 試料
Claims (5)
- 平板状の試料の表裏面のうち、少なくとも一面に光を照射して、前記試料の少なくとも一面の測定対象領域の形状を測定する表面検査装置であって、
試料を保持する試料保持部と、
前記試料保持部の一面側に取付け固定され、所定の第1波長の光を透過し、且つ、前記第1波長と異なる第2波長の光を反射する光学部材と、
前記第1波長の光と前記第2波長の光を同時に照射する照射部と、
前記照射部から照射され、前記試料の一面で反射した光及び前記光学部材で反射した光を結像する光結像部と、
前記光結像部により結像された前記第1波長の光学像を撮像して画素ごとの第1輝度データを生成する第1撮像部と、
前記光結像部により結像された前記第2波長の光学像を撮像して画素ごとの第2輝度データを生成する第2撮像部と、
前記第1撮像部により生成された第1輝度データ及び前記第2撮像部により生成された第2輝度データに基づいて試料表面の形状を算出する画像処理手段と、を備えることを特徴とする表面検査装置。 - 前記画像処理手段は、前記第1撮像部により生成された第1輝度データを前記第2撮像部により生成された第2輝度データに基づいて補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の表面検査装置。
- 前記照射部は、
前記第1波長の光を照射する第1照射部と、
前記第2波長の光を照射する第2照射部と、を備え、
前記第1照射部からの前記第1波長の光の照射と前記第2照射部からの前記第2波長の光の照射とを同時に行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の表面検査装置。 - 前記光学部材、前記照射部、前記光結像部、前記第1撮像部、前記第2撮像部は、前記試料の表裏面の各々の測定対象領域の形状の測定用に別個に設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の表面検査装置。
- 前記光結像部は、前記第1波長の光を透過し、且つ、前記第2波長の光を反射するダイクロイックミラーを備えることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の表面検査装置。
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2008
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