JP2010175410A

JP2010175410A - 円形基板の光学的測定方法およびその装置

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Publication number: JP2010175410A
Application number: JP2009018879A
Authority: JP
Inventors: Junichi Matsumura; 淳一松村
Original assignee: Toray Engineering Co Ltd
Current assignee: Toray Engineering Co Ltd
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】対象物の形状によらず、ライン照明とラインセンサの構成の光学的測定装置を用いて高速かつ高精度に、測定対象物のエッジ周辺部付近まで測定する方法および装置を提供する。
【解決手段】支持部材により支持された測定対象物の表面に、ライン照明光を照射し、測定対象物の表面からの散乱光あるいは反射光あるいは透過光を結像光学系を介して受光部に結像させて、測定対象物の状態を測定する場合、ライン照明光が測定対象物のエッジ周辺部にあたらないようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

ライン照明とラインセンサを用いた光学的測定方法および光学的測定装置に関する。

ライン照明とラインセンサを用いた光学測定装置は例えば図１４のような構成からなり、広い測定対象領域を高速に測定できるという特徴を持つ。具体的な構成および原理は、まず、テーブル５に支持された測定対象物１に対して斜め上方からライン照明２によってライン状に形成された照射光６を照射する。測定対象物１の表面では表面散乱光７が発生する。この表面散乱光７を測定対象物１の上方に配したレンズ（結像手段）３を介してラインセンサ（受光手段）４で受光し、ライン方向（図９のＹ方向に相当する）の各位置の表面散乱光信号を得る。この信号を図示しないデータ処理手段を通して各種測定情報を得ることができる。テーブル５はＸＹステージであり、図９のようにＸＹ方向にスキャン幅２０でスキャン移動させることで、測定対象物１の全域を測定することができる。

ところで、図１５に示すようにエッジ３１に照射光６が当たるとエッジ散乱３０が発生する。エッジ散乱３０は測定対象物１の表面からの散乱と比べて数倍から数１０倍以上も強い強度を持つ。このため、このエッジ散乱３０をラインセンサ４が受光すると、測定対象物１の表面散乱光とは大きく異なるラインセンサ信号を得たり、ラインセンサ信号が飽和したり、ラインセンサ信号に大きなノイズが発生してしまう（ラインセンサ４がラインＣＣＤならば、このようなノイズはブルーミングやスミアと呼ばれる）。これらによって、エッジ３１付近の情報を正しくとることができないことになり、エッジ３１付近の測定を正確に実施することが困難となる。

本発明ではエッジ３１付近の測定困難な領域をエッジ周辺部４０とよび、図１０に示すように測定対象物のエッジ３１から１〜２ｍｍ程度内側の部分を指す。

従って、図１０に示すように、測定対象物の周辺部４０は測定領域からはずすのが一般的である。図１０のように長方形の基板が測定対象の場合には、位置情報を基にラインセンサの測定開始位置と測定終了位置を正確に設定することで前記長方形基板はエッジ周辺部４０を除いて精密に測定することが可能である。

しかしながら、測定対象物がたとえば図１１に示すような円形基板の場合、ライン照明とラインセンサを用いた光学的測定方法はほとんど実用化されていない。その理由としては次の２つの弊害があるためである。第１の理由としてライン照明とラインセンサを用いた光学的測定方法を円形基板に適用しようとして、前述のとおりエッジ周辺部を避けて有効測定エリアを設定すると、図１２に示すように有効測定エリアが小さくなってしまうからである。第２の理由として図１３のようにスキャン幅を小さくすることで有効測定エリアを大きくとると、エッジ周辺部付近まで測定することは可能になるが、スキャン数が増えてしまいライン照明とラインセンサを用いた光学的測定方式の最大の長所である高速測定が損なわれてしまうからである。

ライン照明とラインセンサによる他の構成には、図示しないエリア照明とエリアセンサの構成が考えられる。この構成では、主に高倍率で小さな領域を順次移動させながら測定する方法が実用化されており、エッジ周辺部を除く領域を測定することが可能になるが、現状の技術では測定速度は遅く、広い領域の測定には不向きである。

さらに他の構成としては、図示しない基板を回転させながら、スポット照明を走査させ、センサ（フォトマルなど）で受光する構成がある。このような方式では測定位置の分解能が照明のスポットの大きさに依存するため、位置分解能が大きくなってしまうか、あるいはスポットを小さくして位置分解能を小さくすると、測定領域全域の測定速度が非常に遅くなってしまう。

特開平６−２４９７９１号公報特開平１０−２９３１０３号公報特開２００６−３００２４号公報特許第４１０４９２４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、測定対象物の形状によらず、ライン照明とラインセンサの構成の光学的測定装置を用いて高速かつ高精度に、前記測定対象物のエッジ周辺部付近まで測定する方法および装置を提供することにある。

請求項１の光学的測定方法は、支持部材により支持された測定対象物の表面に、ライン照明を照射し、前記測定対象物の表面からの散乱光あるいは反射光あるいは透過光を結像光学系を介して受光部に結像させて、前記測定対象物の状態を測定する方法に関して、前記ライン照明が前記測定対象物のエッジ周辺部にあたらないようにしたことを特徴とする光学的測定方法である。

請求項２の光学的測定装置は、測定対象物を支持する支持部材と前記支持部材に支持された前記測定対象物の表面にライン照明を照射する照射手段と前記測定対象物の表面からの光を結像する結像光学系と結像位置に配置された受光手段とを有し、前記照射手段と前記測定対象物の間に前測定対象物のエッジ周辺部に前記ライン照明があたらないような遮蔽物を配したことを特徴とする光学的測定装置である。

請求項３の光学的測定装置は、前記遮蔽物は測定対象物のエッジ周辺部の形状に応じて任意に追従するようライン照明の照射幅あるいは位置を任意に変更可能な可変遮蔽板であることを特徴とする請求項２の光学的測定装置である。

請求項１の光学的測定方法であれば、支持部材により支持された測定対象物の表面に、ライン照明を照射し、前記測定対象物の表面からの表面散乱光あるいは反射光あるいは透過光を結像光学系を介して受光部に結像させて、前記測定対象物の状態を測定する方法に関して、前記ライン照明が前記測定対象物のエッジ周辺部にあたらないようにしたことを特徴とする光学的測定方法であるから前記測定対象物のエッジ周辺部による散乱光の影響を受けることなくライン照明とラインセンサ方式を用いて高速かつ高精度に測定対象物の測定ができる。

請求項２の光学的測定装置であれば、測定対象物を支持する支持部材と前記支持部材に支持された前記測定対象物の表面に直線状のライン照明を照射する照射手段と前記測定対象物の表面からの光を結像する結像光学系と結像位置に配置された直線状の受光手段とを有し、前記照射手段と前記測定対象物の間に前測定対象物のエッジ周辺部に前記ライン照明があたらないような遮蔽物を配したことを特徴とする光学的測定装置であるから、測定対象物のエッジ周辺部が任意の形状でも、エッジ周辺部による散乱光の影響を受けることなくライン照明とラインセンサ方式を用いて高速かつ高精度に測定対象物の測定ができる。

請求項３の光学的測定装置であれば、前記遮蔽物は測定対象物のエッジ形状に応じて追従するようライン照明の照射幅あるいは位置を変更可能な可変遮蔽板であることを特徴とする請求項２の光学的測定装置であるから、測定対象物のエッジ周辺部が任意の形状でも、エッジ周辺部による散乱光の影響を受けることなくライン照明とラインセンサ方式を用いて高速かつ高精度に測定対象物の測定ができる。

遮蔽板を用いた実施例を示す図である。遮蔽板を用いた実施例を示す図である。遮蔽板を用いた実施例を示す図である。可変遮蔽板を用いた実施例を示す図である。可変遮蔽板を用いた実施例を示す図である。可変遮蔽板を用いた実施例を示す図である。可変遮蔽板を用いた実施例を示す図である。可変遮蔽板を用いた実施例におけるスキャン位置と可変遮蔽板開口部の幅との関係を示す図である。測定対象物をＸＹ方向に移動しながらスキャンしながら測定する原理図である。エッジおよびエッジ周辺部を示す図である。円形基板に対するライン照明とラインセンサを用いた光学的測定装置を示す図である。円形基板に対するライン照明とラインセンサを用いた光学的測定装置を示す図である。円形基板に対するライン照明とラインセンサを用いた光学的測定装置を示す図である。ライン照明とラインセンサを用いた光学的測定装置の原理図である。照射光のエッジ散乱を示す図である。

以下、添付図面を参照して、この発明の光学的測定方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。

図１〜３は、本発明の光学的測定装置の第１の実施例である。本実施例は測定対象物が円形基板８１の場合である。

図１に示すように、円形基板８１の外形に沿った形の内空部を持ち、照射光６を遮蔽しないように４隅に配置された支持手段８２でテーブル５に支えられ、遮蔽板８０を用意し、図１〜３のようにライン照明の入射位置および角度を調整し、遮蔽板の縁の位置を調整してライン照明が円形基板８１のエッジからの散乱を防止する。また遮蔽板８０と円形基板８１を搭載したテーブル５がＸＹステージとして連動して動くものである。

具体的な構成を図１〜３を用いて説明する。円形基板の外形半径をRとすると、遮蔽板の内径半径ｒ＝（R-δ）とする。δは例えば０〜１ｍｍ程度とし、エッジ周辺部に照射光が当たるのを避けるためにｒはRよりわずかに小さくする。遮蔽板の内径の中心位置ｃと円形基板の中心位置Cはライン照明の照射されてくる方向にＯだけずらして配置する。遮蔽板と測定対象基板表面の高さの差をＨ、照射角をφとするとＯ＝Ｈtanφとなる。

いま円形基板８１の左から右にスキャンしながら測定するとすると、図１に示すように、左端では照射光６が遮蔽板８０に遮られて、円形基板８１のエッジによるエッジ散乱光の影響を受けることなく測定できる。次に図２に示すように照射光６は遮蔽板８０の中空部分を透過することにより、通常に測定できる。さらに図３に示すように、右端部分では照射光６が遮蔽板８０に遮られて、円形基板８１のエッジによるエッジ散乱光の影響を受けることなく測定できる。また次のスキャンでは右から左に測定することになるが、前述と同じ理由により、円形基板８１のエッジによるエッジ散乱光の影響を受けることなく測定できる。以上を繰り返すことにより、円形基板８１のエッジによるエッジ散乱光の影響を受けることなくエッジ周囲部を除いて円形基板８１の測定できる。

本実施例では測定対象物が円形基板であるが、測定対象物の外形に沿った形で遮蔽板８０の形状を変えることにより種種の形状の測定対象物に適応できる。

図４〜８は本発明の光学的測定装置の第２の実施例である。本実施例は測定対象物が円形基板の場合である。実際には３次元であるが以下簡単のため、２次元平面に投影した形で説明する。

図４〜７に示すように、本実施例の原理を説明する。図４〜７に示すように、ライン照明２と円形基板８１の間に、円形基板８１とライン照明との位置関係によって任意の幅で開閉する可変遮蔽板９０および９１を用意する。図４〜６のようにＸ軸方向のスキャン位置によって可変遮蔽板９０および９１の幅を調整し、ライン照明２の光量を増減する。具体的には、図４のようにライン照明２が円形基板８１のエッジに当たり始める位置から閉じていた可変遮蔽板９０を序々に開き始めて、図５のようにスキャンを実施し、反対に図６のようにライン照明２が円形基板８１の反対側（右側エッジ）に当たり始める位置から可変遮蔽板９０を序々に閉じるようにする。また、図示していないが、次のスキャンでは上述の逆の動作をし、さらには円形基板８１の下半分をスキャンする際には図７のように可変遮光版９１の開閉を行う。

つぎに図８を用いて開閉の様子（遮光量）を詳細に説明する。今、Ｘ方向にスキャン動作を実行するとする。スキャン幅Ｈｓ、スキャン中心位置を、今測定しているライン幅のＹ方向の中央位置をＹｓとして、（Ｘｓ、Ｙｓ）とする。また図８のように基板の中心に原点を（Ｘ０、Ｙ０）＝（０，０）とする。さらに可変遮光版ａの遮光幅をＨｃａ、可変遮光板ｂの遮光幅をＨｃｂとし、ｒ＝Ｒ−δ（δは０〜１ｍｍ程度）とし、円形基板８１の半径Ｒよりわずかに小さな値とする。またｃｏｓθ＝Ｘｓ／ｒ０≦θ≦πで定義する。実際のスキャン動作の領域は、円形基板８１の内部領域である半径ｒの円１１０をベースに考える。この時、遮光幅ＨｃａおよびＨｃｂをスキャン中心位置（Ｘｓ、Ｙｓ）に応じて以下のように与える。
（１）スキャン中心位置（Ｘｓ，Ｙｓ）が図８の領域１０１〜１０５すべての外部になる場合、
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）^２≧ｒ^２かつ
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ−Ｈｓ／２）^２≧ｒ^２かつ
Ｘｓ^２＋Ｙｓ^２≧ｒ^２のとき、
Ｈｃａ、Ｈｃｂの少なくともどちらかはＨｓ（全閉）
（好ましくはＹｓ＞０のときＨｃａ＝Ｈｓ、Ｈｃｂ＝０
Ｙｓ≦０のときＨｃａ＝０、Ｈｃｂ＝Ｈｓ）
とする。すなわち円形基板８１に照射光は当たらない。
（２）スキャン中心位置（Ｘｓ，Ｙｓ）が図８で領域１０５に相当する場合、
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）^２＜ｒ^２かつ
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ−Ｈｓ／２）^２＜ｒ^２のとき、
可変遮蔽板９０、９１を全開にする。
すなわちＨｃａ＝Ｈｃｂ＝０（全開）とする。
（３）スキャン中心位置（Ｘｓ，Ｙｓ）が図８で領域１０１に相当する場合、
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）^２≧ｒ^２かつ
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ−Ｈｓ／２）^２＜ｒ^２のとき、
Ｈｃａ＝（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）−ｒｓｉｎθ
Ｈｃｂ＝０（全開）
とする。
（４）スキャン中心位置（Ｘｓ，Ｙｓ）が図８で領域１０２に相当する場合、
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）^２＜ｒ^２かつ
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ−Ｈｓ／２）^２≧ｒ^２のとき、
Ｈｃａ＝０（全開）
Ｈｃｂ＝−（Ｙｓ−Ｈｓ／２）−ｒｓｉｎθ
とする。
（５）スキャン中心位置（Ｘｓ，Ｙｓ）が図８で領域１０３および領域１０４に相当する場合、
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）^２≧ｒ^２かつ
Ｘｓ^２＋（Ｙｓ−Ｈｓ／２）^２≧ｒ^２かつ
Ｘｓ^２＋Ｙｓ^２＜ｒ^２のとき、
Ｈｃａ＝（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）−ｒｓｉｎθ
Ｈｃｂ＝−（Ｙｓ−Ｈｓ／２）−ｒｓｉｎθ
とする。

いま図８において、スキャン１００のように円形基板８１をスキャンしながら測定したとする。この場合スキャン測定位置（Ｘｓ，Ｙｓ）は、円形基板８１の外部、領域１０１、領域１０５、領域１０１、円形基板８１の外部の順に変化することになる。このとき可変遮蔽板９０および９１の動きは、それぞれ順に
円形基板８１の外部では（１）Ｈｃａ＝ＨｓかつＨｃｂ＝０、
領域１０１では（３）Ｈｃａ＝（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）−ｒｓｉｎθかつＨｃｂ＝０（全開）、
領域１０５では（２）Ｈｃａ＝Ｈｃｂ＝０（全開）
領域１０１では（３）Ｈｃａ＝（Ｙｓ＋Ｈｓ／２）−ｒｓｉｎθかつＨｃｂ＝０（全開）
円形基板８１の外部では（１）Ｈｃａ＝ＨｓかつＨｃｂ＝０
となる。

本発明によると、ライン照明とラインセンサを用いた光学的測定方法および光学的測定装置において測定対象物の形状にかかわらず、エッジ周辺部を除き高速に測定することが可能である。特に半導体ウェーハ、ＭＥＭＳ、ＨＨＤやＣＣＤ、ＣＭＯＳのカバーガラス用の円形基板の測定に有効である。また、特に前述の基板の粗さ測定、平面度測定、厚み測定、透過率測定、欠陥検査、異物検査に有効であり、そのような測定装置、検査装置に利用できる。

１測定対象物
２ライン照明
３レンズ
４ラインセンサ
５テーブル
６照射光
７表面散乱光
２０スキャン幅(ライン幅)
３０エッジ散乱光
３１エッジ
４０エッジ周辺部
８０遮蔽板
８１円形基板
８２支持手段
９０可変遮蔽板
９１可変遮蔽板
φ照射角

Claims

支持部材により支持された測定対象物の表面に、ライン照明を照射し、前記測定対象物の表面からの散乱光あるいは反射光あるいは透過光を結像光学系を介して受光部に結像させて、前記測定対象物の状態を測定する方法に関して、前記ライン照明が前記測定対象物のエッジ周辺部にあたらないようにしたことを特徴とする光学的測定方法。
測定対象物を支持する支持部材と前記支持部材に支持された前記測定対象物の表面にライン照明を照射する照射手段と前記測定対象物の表面からの光を結像する結像光学系と結像位置に配置された受光手段とを有し、前記照射手段と前記測定対象物の間に前測定対象物のエッジ周辺部に前記ライン照明があたらないような遮蔽物を配したことを特徴とする光学的測定装置。
前記遮蔽物は測定対象物のエッジ周辺部の形状に応じて追従するようライン照明の照射幅あるいは位置を変更可能な可変遮蔽板であることを特徴とする請求項２の光学的測定装置。