JP5416025B2 - Surface shape measuring device and semiconductor wafer inspection device - Google Patents

Surface shape measuring device and semiconductor wafer inspection device Download PDF

Info

Publication number
JP5416025B2
JP5416025B2 JP2010098916A JP2010098916A JP5416025B2 JP 5416025 B2 JP5416025 B2 JP 5416025B2 JP 2010098916 A JP2010098916 A JP 2010098916A JP 2010098916 A JP2010098916 A JP 2010098916A JP 5416025 B2 JP5416025 B2 JP 5416025B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
unit
measurement
light
surface shape
semiconductor wafer
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.)
Active
Application number
JP2010098916A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011226989A (en
Inventor
将人 甘中
昌和 梶田
英二 高橋
勉 森本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobe Steel Ltd filed Critical Kobe Steel Ltd
Priority to JP2010098916A priority Critical patent/JP5416025B2/en
Publication of JP2011226989A publication Critical patent/JP2011226989A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5416025B2 publication Critical patent/JP5416025B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、半導体ウェハの表面形状を測定する表面形状測定装置およびこの表面形状測定装置を備え、半導体ウェハの表面形状に対する良否を検査する半導体ウェハ検査装置に関する。   The present invention relates to a surface shape measuring device that measures the surface shape of a semiconductor wafer and a semiconductor wafer inspection device that includes this surface shape measuring device and inspects the quality of the surface shape of a semiconductor wafer.

近年、集積回路は、素子の集積化が進んでいる。この集積回路を半導体ウェハに製造するプロセス条件であるプロセス・ルールは、通常、ゲート配線の線幅または間隔における最小加工寸法によって規定される。このプロセス・ルールが半分になれば、理論上、同じ面積に4倍のトランジスタや配線を配置することができるため、同じトランジスタ数では1/4の面積となる。この結果、1枚の半導体ウェハから製造することができるダイが4倍になるだけでなく、通常、歩留まりも改善されるため、さらに多くのダイが製造可能となる。この最小加工寸法は、高密度な集積回路を製造するために、2007年の時点の最先端では、45nmに達している。このようなサブミクロンオーダ(1μm以下)のプロセス・ルールでは、半導体ウェハに高い平坦度が要求され、半導体ウェハの表面形状(表面の高さ変化)が無視できない。このため、半導体ウェハの表面形状を高精度に、例えば、ナノメートルオーダで測定する表面形状測定装置が望まれている。   In recent years, integrated circuits have been integrated. A process rule, which is a process condition for manufacturing this integrated circuit on a semiconductor wafer, is usually defined by a minimum processing dimension in the line width or interval of the gate wiring. If this process rule is halved, theoretically, four times as many transistors and wirings can be arranged in the same area, so the area is ¼ with the same number of transistors. As a result, not only the number of dies that can be manufactured from a single semiconductor wafer is quadrupled, but also the yield is usually improved, so that more dies can be manufactured. This minimum feature size has reached 45 nm at the forefront of 2007 to produce high density integrated circuits. In such a sub-micron order (1 μm or less) process rule, a semiconductor wafer is required to have high flatness, and the surface shape (change in surface height) of the semiconductor wafer cannot be ignored. For this reason, a surface shape measuring device that measures the surface shape of a semiconductor wafer with high accuracy, for example, in the order of nanometers is desired.

また、半導体ウェハでは、その表面形状の平坦度は、その外縁部にエッジロールオフ(Edge Roll-off)と呼ばれる形状が存在するため、一般に、中心部よりも外縁部の方が劣る。半導体ウェハにおけるダイの製造可能領域を外縁部へ広げるために、このエッジロールオフの評価が重要であり、そのためにも半導体ウェハの表面形状を高精度に測定する表面形状測定装置が望まれている。   In addition, the flatness of the surface shape of a semiconductor wafer is generally inferior to the outer edge portion than the center portion because a shape called edge roll-off exists at the outer edge portion. In order to extend the manufacturable area of the die in the semiconductor wafer to the outer edge, the evaluation of this edge roll-off is important, and for this purpose, a surface shape measuring device that measures the surface shape of the semiconductor wafer with high accuracy is desired. .

面形状を測定する形状測定方法には、一般に、干渉計による方法と、光切断法による方法とが知られている。この干渉計による方法は、例えば、非特許文献1に開示されており、光源から射出された光を分割手段によって例えば2つの光に分割し、それぞれ別々の光路を通った後に、これら2つの光を合波手段によって再び重ね合わせ、光路差によって発生する干渉縞を検出手段によって検出し、これを解析手段によって解析することで、測定対象物の表面形状を求めるものである。このような干渉計による方法には、フィゾー干渉計、マイケルソン干渉計および斜入射干渉計等を用いた方法が知られている。また、光切断法による方法は、例えば、非特許文献2に開示されており、光源から射出された扇形のシート光を測定対象物に照射し、このシート光を撮影手段によって撮影し、この得られた画像中におけるシート光による輝線を解析手段によって解析することで、測定対象物の表面形状を求めるものである。   As a shape measuring method for measuring the surface shape, an interferometer method and a light cutting method are generally known. This interferometer method is disclosed in, for example, Non-Patent Document 1, and the light emitted from the light source is divided into, for example, two lights by a dividing unit, and after passing through separate optical paths, the two lights are separated. Are overlapped again by the combining means, the interference fringes generated by the optical path difference are detected by the detecting means, and the surface shape of the measurement object is obtained by analyzing the interference fringes. As a method using such an interferometer, a method using a Fizeau interferometer, a Michelson interferometer, an oblique incidence interferometer, or the like is known. Further, a method based on the light cutting method is disclosed in Non-Patent Document 2, for example, a fan-shaped sheet light emitted from a light source is irradiated onto an object to be measured, and the sheet light is photographed by photographing means. The surface shape of the measurement object is obtained by analyzing the bright line caused by the sheet light in the obtained image by the analyzing means.

フジノン株式会社、“レーザー干渉計活用ガイド”、[online]、平成21年2月19日検索、インターネット、<http://www.fujinon.co.jp/jp/products/laser/kisotisiki2.htm>Fujinon Corporation, “Laser Interferometer Usage Guide”, [online], February 19, 2009 search, Internet, <http: // www. fujinon. co. jp / jp / products / laser / kisotisiki2. htm> オプトウエア株式会社、“高速光切断法プロファイル計測システム”、[online]、平成21年2月19日検索、インターネット、<http://www.optoware.co.jp/densen.pdf>Optware Corporation, “High-speed optical cutting method profile measurement system”, [online], search on February 19, 2009, Internet, <http: // www. optware. co. jp / densen. pdf>

ところで、干渉計による方法は、その原理から測定範囲が波長の長さ程度、すなわち数百ナノメートルしかなく、半導体ウェハにおける表面形状の測定に制約が生じてしまう。この干渉計による方法において、前記制約を解消するために測定範囲を広げようとすると、そのために測定距離を位相連結する必要が生じてしまう。また、それによって情報処理が複雑になるとともに、その情報処理の時間もかかってしまう。また、半導体ウェハの表面形状の測定では、そのエッジ部分を測定するだけでも、数十箇所から数百箇所の測定が必要となるため、1点ずつ測定する干渉計による方法では、その1箇所の測定に時間を要してしまうと、全体の測定時間が長時間になってしまう。   By the way, in the method using an interferometer, the measurement range is about the length of the wavelength, that is, only several hundred nanometers, and the measurement of the surface shape of the semiconductor wafer is restricted. In this interferometer method, if the measurement range is to be expanded in order to eliminate the restriction, it is necessary to phase link the measurement distances. This also complicates information processing and takes time for the information processing. Further, in the measurement of the surface shape of the semiconductor wafer, it is necessary to measure several tens to several hundreds of points only by measuring the edge portion. If time is required for measurement, the entire measurement time becomes long.

また、光切断法による方法は、その原理からその測定精度が一般にせいぜい数μm程度である。一方、半導体ウェハの表面は、上述したように高い平坦度が要求されているため、半導体ウェハの表面形状をナノメートルオーダで測定する必要があり、このため、光切断法による方法は、半導体ウェハにおける表面形状の測定に適していない。   In addition, the optical cutting method generally has a measurement accuracy of about several μm at most because of its principle. On the other hand, since the surface of the semiconductor wafer is required to have a high flatness as described above, it is necessary to measure the surface shape of the semiconductor wafer on the order of nanometers. It is not suitable for the measurement of surface shape.

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、半導体ウェハにおける表面形状の測定に適した精度で、そして、より短時間で半導体ウェハの表面形状を測定することができる表面形状測定装置および半導体ウェハ検査装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and its purpose is to measure the surface shape of a semiconductor wafer in an accuracy suitable for measuring the surface shape of a semiconductor wafer and in a shorter time. It is to provide a surface shape measuring device and a semiconductor wafer inspection device that can be used.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる表面形状測定装置は、測定対象である半導体ウェハの表面に、進行方向を法線とする平面な波面を持つ平面波の測定光を照射する光照射部と、前記半導体ウェハの表面で反射した前記測定光の反射光における波面の形状を測定するシャックハルトマン(Shack-Hartmann)方式の波面センサと、前記波面センサで測定した前記反射光における波面の形状に基づいて前記半導体ウェハにおける表面の形状を求める表面形状演算部とを備え、前記シャックハルトマン方式の波面センサは前記反射光を受光し、アレイ状に配置された複数のレンズを備えるレンズアレイと前記レンズアレイにおける複数のレンズを通過した前記反射光の像を撮像する撮像部と前記撮像部で撮像された画像データのうちの所定の閾値以上のデータを抽出するデータ抽出処理部と前記データ抽出処理部で抽出されたデータに基づいて前記反射光における波面の形状を求める波面演算部とを備え前記データ抽出処理部における前記所定の閾値は、前記半導体ウェハの端部からの距離に応じた値であることを特徴とする。
As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the surface shape measuring apparatus according to an aspect of the present invention includes a light irradiation unit that irradiates a surface of a semiconductor wafer that is a measurement target with plane wave measurement light having a plane wavefront whose normal is a traveling direction ; A Shack-Hartmann wavefront sensor that measures the shape of the wavefront in the reflected light of the measurement light reflected from the surface of the semiconductor wafer, and the wavefront sensor based on the shape of the wavefront in the reflected light measured by the wavefront sensor A surface shape calculation unit for obtaining a surface shape of a semiconductor wafer, wherein the Shack-Hartmann wavefront sensor receives the reflected light and includes a plurality of lenses arranged in an array, and the lens array an imaging unit that captures an image of the reflected light having passed through the plurality of lenses in a predetermined threshold value among the image data captured by the imaging unit A data extraction processing unit which extracts the data above, the data extraction processing unit based on the extracted data with a wavefront computing section for obtaining the wavefront shape of the reflected light, of the predetermined in the data extraction processing unit threshold, characterized by values der Rukoto corresponding to the distance from the edge of the semiconductor wafer.

このような構成の表面形状測定装置は、波面センサを用いることによって半導体ウェハにおける表面の形状(表面形状)を測定するので、その測定原理から、半導体ウェハにおける表面形状の測定に適した精度で、そして、より短時間で半導体ウェハの表面形状を測定することができる。   Since the surface shape measuring apparatus having such a configuration measures the shape of the surface of the semiconductor wafer (surface shape) by using the wavefront sensor, from the measurement principle, with the accuracy suitable for the measurement of the surface shape of the semiconductor wafer, Then, the surface shape of the semiconductor wafer can be measured in a shorter time.

そして、この構成によれば、波面センサにシャックハルトマン(Shack-Hartmann)方式の波面センサを用いた表面形状測定装置が提供される。
Then, according to this configuration, the surface shape measuring apparatus using the wavefront sensor of the Shack-Hartmann (Shack-Hartmann) scheme is provided to the wavefront sensor.

さらに、この構成によれば、前記撮像部で撮像された画像において、前記レンズアレイにおける複数のレンズのそれぞれによって集光された前記反射光の各光点の位置を検出するべく、前記撮像部で撮像された画像データからデータを抽出する場合に用いられる所定の閾値が、前記半導体ウェハの端部からの距離に応じた値であるため、前記所定の閾値が半導体ウェハにおける端部近傍領域の表面形状に応じて適応的に変更されるので、前記反射光の各光点の位置をより精度よく検出することができる。この結果、このような構成の表面形状測定装置は、半導体ウェハにおける表面形状を、特に、半導体ウェハにおける端部領域の表面形状をより精度よく測定することが可能となる。 Further , according to this configuration, in the image picked up by the image pickup unit, the image pickup unit detects the position of each light spot of the reflected light collected by each of the plurality of lenses in the lens array. Since the predetermined threshold value used when extracting data from the captured image data is a value corresponding to the distance from the end portion of the semiconductor wafer, the predetermined threshold value is a surface of a region near the end portion of the semiconductor wafer. Since the position is adaptively changed according to the shape, the position of each light spot of the reflected light can be detected with higher accuracy. As a result, the surface shape measuring apparatus having such a configuration can more accurately measure the surface shape of the semiconductor wafer, particularly the surface shape of the end region of the semiconductor wafer.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記反射光を複数に分岐するとともに、前記複数の分岐光のうちの1つを前記波面センサに入射させる分岐部と、前記複数の分岐光のうちの他の1つを受光することで、前記半導体ウェハの端部を少なくとも含むように前記半導体ウェハの表面を撮影する撮影部と、前記撮影部によって撮影された前記半導体ウェハの表面画像に基づいて測定箇所の座標位置を求める座標位置演算部とをさらに備えることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measuring device, the reflected light is branched into a plurality of branches, and one of the plurality of branched lights is incident on the wavefront sensor; An imaging unit that images the surface of the semiconductor wafer so as to include at least an end of the semiconductor wafer by receiving another one of the branched lights, and a surface of the semiconductor wafer imaged by the imaging unit And a coordinate position calculation unit that obtains the coordinate position of the measurement location based on the image.

測定箇所の位置は、例えば、測定対象の半導体ウェハを載置するステージの移動量に応じて求めることができるが、この構成によれば、分岐部によって前記反射光が複数の分岐光に分岐され、これら複数の分岐光のうちの1つが前記波面センサによって受光され、これら複数の分岐光のうちの他の1つが撮影部によって受光されることで、この撮影部によって半導体ウェハの表面が撮影され、座標位置演算部によって、半導体ウェハの表面画像に基づいて測定箇所の座標位置が求められる。このため、このような構成の表面形状測定装置は、半導体ウェハ上での測定箇所の位置をより正確に認識することができる。   The position of the measurement location can be obtained, for example, according to the amount of movement of the stage on which the semiconductor wafer to be measured is placed. According to this configuration, the reflected light is branched into a plurality of branched lights by the branching unit. One of the plurality of branched lights is received by the wavefront sensor, and the other one of the plurality of branched lights is received by the imaging unit, whereby the surface of the semiconductor wafer is imaged by the imaging unit. The coordinate position calculation unit determines the coordinate position of the measurement location based on the surface image of the semiconductor wafer. For this reason, the surface shape measuring apparatus of such a structure can recognize the position of the measurement location on a semiconductor wafer more correctly.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、ヘテロダイン干渉法を用いることによって前記半導体ウェハの厚さ分布を測定する厚さ分布測定部をさらに備えることを特徴とする。   In another aspect, the above-described surface shape measurement apparatus further includes a thickness distribution measurement unit that measures the thickness distribution of the semiconductor wafer by using heterodyne interferometry.

この構成によれば、半導体ウェハにおける表面形状だけでなく、前記半導体ウェハの厚さ分布も測定することができる表面形状測定装置が提供される。   According to this configuration, there is provided a surface shape measuring apparatus capable of measuring not only the surface shape of the semiconductor wafer but also the thickness distribution of the semiconductor wafer.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記光照射部は、前記半導体ウェハの一方の表面に所定の波面を持つ測定光を照射し、前記波面センサは、前記半導体ウェハの一方の表面で反射した前記測定光の反射光における波面の形状を測定し、前記表面形状演算部は、前記波面センサで測定した前記反射光における波面の形状に基づいて前記半導体ウェハの一方の表面における表面形状を求め、前記表面形状演算部によって求められた前記半導体ウェハの一方の表面における表面形状および前記厚さ分布測定部によって測定された前記半導体ウェハの厚さ分布に基づいて前記半導体ウェハの他方の表面における表面形状を求める第2表面形状演算部をさらに備えることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the light irradiation unit irradiates measurement light having a predetermined wavefront on one surface of the semiconductor wafer, and the wavefront sensor Measuring the shape of the wavefront in the reflected light of the measurement light reflected on one surface, and the surface shape calculation unit is configured to measure one surface of the semiconductor wafer based on the shape of the wavefront in the reflected light measured by the wavefront sensor. And determining the surface shape of the semiconductor wafer based on the surface shape on one surface of the semiconductor wafer determined by the surface shape calculating unit and the thickness distribution of the semiconductor wafer measured by the thickness distribution measuring unit. It is further characterized by further comprising a second surface shape calculation unit for obtaining a surface shape on the other surface.

この構成によれば、第2表面形状演算部によって半導体ウェハにおける他方の表面形状が求められる。このため、このような構成の表面形状測定装置は、半導体ウェハの表裏両面の各表面形状を測定することができる。   According to this configuration, the other surface shape of the semiconductor wafer is obtained by the second surface shape calculation unit. For this reason, the surface shape measuring apparatus of such a structure can measure each surface shape of both front and back surfaces of a semiconductor wafer.

そして、本発明の他の一態様にかかる半導体ウェハ検査装置は、測定対象である半導体ウェハの表面における表面形状を測定する表面形状測定部と、前記表面形状測定部で測定された表面形状が所定の条件を満たすか否かを判定する判定部と前記判定部による判定結果を出力する出力部とを備え、前記表面形状測定部は、これら上述のいずれかの表面形状測定装置である。   The semiconductor wafer inspection apparatus according to another aspect of the present invention includes a surface shape measuring unit that measures a surface shape on the surface of a semiconductor wafer that is a measurement target, and a surface shape measured by the surface shape measuring unit is predetermined. A determination unit that determines whether or not the condition is satisfied and an output unit that outputs a determination result by the determination unit, and the surface shape measurement unit is any one of the above-described surface shape measurement devices.

この構成によれば、これら上述のいずれかの表面形状測定装置が用いられるので、半導体ウェハにおける表面形状の測定に適した精度で、そして、より短時間で半導体ウェハの表面形状を測定することができるから、このような構成の半導体ウェハ検査装置は、よりスピーディでより正確に半導体ウェハの良否を検査することができる。したがって、このような構成の半導体ウェハ検査装置は、例えば、半導体ウェハを用いた製品の生産ラインに好適に用いることができ、要求される仕様(スペック)に達しない半導体ウェハを製造工程で選別することによって、製品の歩留まりが向上し、その結果、低コスト化も達成することができる。   According to this configuration, since any one of the above-described surface shape measuring devices is used, the surface shape of the semiconductor wafer can be measured with a precision suitable for measuring the surface shape of the semiconductor wafer in a shorter time. Therefore, the semiconductor wafer inspection apparatus having such a configuration can inspect the quality of the semiconductor wafer more speedily and more accurately. Therefore, the semiconductor wafer inspection apparatus having such a configuration can be suitably used, for example, in a production line of products using semiconductor wafers, and selects semiconductor wafers that do not meet the required specifications (specs) in the manufacturing process. As a result, the yield of the product is improved, and as a result, the cost can be reduced.

本発明にかかる表面形状測定装置および半導体ウェハ検査装置は、半導体ウェハにおける表面形状の測定に適した精度で、そして、より短時間で半導体ウェハの表面形状を測定することができる。   The surface shape measuring device and the semiconductor wafer inspection device according to the present invention can measure the surface shape of the semiconductor wafer in a shorter time with accuracy suitable for measuring the surface shape of the semiconductor wafer.

第1実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態の表面形状測定装置における第1態様の波面センサを示す図である。It is a figure which shows the wavefront sensor of the 1st aspect in the surface shape measuring apparatus of 1st Embodiment. 第1態様の波面センサにおける測定原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the measurement principle in the wavefront sensor of a 1st aspect. 第1態様の波面センサにおける波面角度の算出式を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation formula of the wavefront angle in the wavefront sensor of a 1st aspect. 第1実施形態の表面形状測定装置における第2態様の波面センサを示す図である。It is a figure which shows the wavefront sensor of the 2nd aspect in the surface shape measuring apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の表面形状測定装置における第3態様の波面センサを示す図である。It is a figure which shows the wavefront sensor of the 3rd aspect in the surface shape measuring apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態の表面形状測定装置における撮影部によって撮影される画像を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the image image | photographed by the imaging | photography part in the surface shape measuring apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態における表面形状測定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the surface shape measuring apparatus in 1st Embodiment. 第1実施形態の表面形状測定装置の動作において、主要な処理結果を示す図である。In operation | movement of the surface shape measuring apparatus of 1st Embodiment, it is a figure which shows the main process results. 波面センサのデータ抽出処理における所定の閾値を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the predetermined threshold value in the data extraction process of a wavefront sensor. 波面センサで測定された波面形状から測定対象物の表面形状を求める算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method which calculates | requires the surface shape of a measuring object from the wavefront shape measured with the wavefront sensor. 第2実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in 2nd Embodiment. 第2実施形態の表面形状測定装置における厚さ分布測定部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the thickness distribution measurement part in the surface shape measuring apparatus of 2nd Embodiment. 第2実施形態の表面形状測定装置において、一方表面形状および厚さ分布に基づいて他方表面形状を求める方法を説明するための図である。In the surface shape measuring apparatus of 2nd Embodiment, it is a figure for demonstrating the method of calculating | requiring the other surface shape based on one surface shape and thickness distribution. 第3実施形態における半導体ウェハ検査装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor wafer inspection apparatus in 3rd Embodiment. エッジロールオフを説明するための図である。It is a figure for demonstrating edge roll-off.

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。   Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably. Further, in this specification, when referring generically, it is indicated by a reference symbol without a suffix, and when referring to an individual configuration, it is indicated by a reference symbol with a suffix.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。図2は、第1実施形態の表面形状測定装置における第1態様の波面センサを示す図である。図2(A)は、第1態様の波面センサの構成を示し、図2(B)は、マイクロレンズアレイの平面図を示す。図3は、第1態様の波面センサにおける測定原理を説明するための図である。図3(A)は、入射光の波面が歪んでいない場合(平面波である場合)を示し、図3(B)は、入射光の波面が歪んでいる場合を示す。図4は、第1態様の波面センサにおける波面角度の算出式を説明するための図である。図5は、第1実施形態の表面形状測定装置における第2態様の波面センサを示す図である。図6は、第1実施形態の表面形状測定装置における第3態様の波面センサを示す図である。図7は、第1実施形態の表面形状測定装置における撮影部によって撮影される画像を説明するための図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface shape measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a wavefront sensor according to a first aspect of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 2A shows the configuration of the wavefront sensor of the first aspect, and FIG. 2B shows a plan view of the microlens array. FIG. 3 is a diagram for explaining the measurement principle in the wavefront sensor of the first aspect. 3A shows a case where the wavefront of incident light is not distorted (in the case of a plane wave), and FIG. 3B shows a case where the wavefront of incident light is distorted. FIG. 4 is a diagram for explaining a calculation formula of the wavefront angle in the wavefront sensor of the first aspect. FIG. 5 is a diagram illustrating the wavefront sensor of the second aspect in the surface shape measurement apparatus of the first embodiment. FIG. 6 is a diagram illustrating a wavefront sensor according to a third aspect of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 7 is a diagram for explaining an image photographed by the photographing unit in the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment.

第1実施形態の表面形状測定装置Saは、図1および図2に示すように、光源部1と、光路変更部2と、光分岐部3と、波面センサ4と、演算制御部7aとを備えて構成され、図1に示す例では、さらに、測定箇所MPの座標位置を求めるために撮影部5を備え、当該表面形状測定装置Saに所定のコマンドやデータ等を入力するために入力部6を備え、入力部6から入力された前記所定のコマンドやデータ等および当該表面形状測定装置Saの測定結果等を出力するために出力部8を備え、そして、測定箇所MPを変更するためにステージ9を備えて構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the surface shape measuring apparatus Sa of the first embodiment includes a light source unit 1, an optical path changing unit 2, an optical branching unit 3, a wavefront sensor 4, and an arithmetic control unit 7a. In the example shown in FIG. 1, the image capturing unit 5 is further provided to obtain the coordinate position of the measurement location MP, and an input unit is provided to input a predetermined command, data, or the like to the surface shape measurement apparatus Sa. 6, an output unit 8 for outputting the predetermined command and data input from the input unit 6 and the measurement result of the surface shape measuring device Sa, and the like to change the measurement point MP A stage 9 is provided.

光源部1は、演算制御部7aによって制御され、所定の波面を持つ測定光を放射する装置であり、例えば、キセノンランプやレーザ装置等である。前記所定の波面は、予め既知であればよいが、進行方向を法線とする平面な波面を持つ平面波であることが好ましい。本実施形態では、光源部1には、ヘリウムネオンレーザ装置(He−Neレーザ装置)が用いられ、このHe−Neレーザ装置によるレーザビームは、ビームエキスパンダによってビーム径20mmの平行光に拡大され、測定光として用いられる。   The light source unit 1 is a device that emits measurement light having a predetermined wavefront, which is controlled by the arithmetic control unit 7a, and is, for example, a xenon lamp or a laser device. The predetermined wavefront may be known in advance, but is preferably a plane wave having a flat wavefront whose normal is the traveling direction. In the present embodiment, a helium neon laser device (He—Ne laser device) is used for the light source unit 1, and the laser beam from the He—Ne laser device is expanded into parallel light having a beam diameter of 20 mm by a beam expander. Used as measurement light.

光路変更部2は、光源部1から放射された測定光が入射され、測定対象物SWに測定光を照射すべく、光源部1から放射された測定光の光路を測定対象物SWに向けて変更する光学素子である。本実施形態では、測定対象物SWにおける測定面の法線方向に波面センサ4が配置され、光源部1は、前記法線方向の側面に配置され、例えば、前記法線方向に直交する方向から測定光を照射するため、光路変更部2は、ハーフミラ2を備えて構成される。光源部1から放射された測定光は、図1に示すように、ハーフミラ2に入射され、その光路がハーフミラ2によって略90度曲げられ、測定対象物SWの法線方向から、測定対象物SWの所定の測定箇所MPに照射される。測定対象物SWの測定箇所MPに照射された測定光は、測定対象物SWによって反射され、図1に示すように、再び、ハーフミラ2に入射され、ハーフミラ2を透過した前記測定光の反射光は、光分岐部3に入射される。   The optical path changing unit 2 receives the measurement light emitted from the light source unit 1 and directs the optical path of the measurement light emitted from the light source unit 1 toward the measurement target SW so as to irradiate the measurement target SW with the measurement light. The optical element to be changed. In the present embodiment, the wavefront sensor 4 is disposed in the normal direction of the measurement surface of the measurement object SW, and the light source unit 1 is disposed on the side surface in the normal direction, for example, from a direction orthogonal to the normal direction. In order to irradiate measurement light, the optical path changing unit 2 includes a half mirror 2. As shown in FIG. 1, the measurement light emitted from the light source unit 1 is incident on the half mirror 2, the optical path thereof is bent by approximately 90 degrees by the half mirror 2, and the measurement target SW is measured from the normal direction of the measurement target SW. The predetermined measurement point MP is irradiated. The measurement light irradiated to the measurement point MP of the measurement object SW is reflected by the measurement object SW, and is incident on the half mirror 2 again and reflected by the measurement light transmitted through the half mirror 2, as shown in FIG. Is incident on the optical branching unit 3.

測定対象物SWは、例えば、シリコンウェハ(例えば太陽電池用のシリコンウェハ等)等の半導体ウェハSWである。   The measurement object SW is, for example, a semiconductor wafer SW such as a silicon wafer (for example, a silicon wafer for solar cells).

光分岐部3は、ハーフミラ2を介して入射された、測定対象物SWの表面で反射した前記測定光の反射光を2つに分岐する光学素子であり、例えば、ハーフミラ3を備えて構成される。ハーフミラ2を介して入射された、測定対象物SWの表面で反射した前記測定光の反射光は、ハーフミラ3によって2つに分岐され、その一方は、波面センサ4に入射され、その他方は、撮影部5に入射される。   The light branching unit 3 is an optical element that splits the reflected light of the measurement light, which is incident on the half mirror 2 and reflected by the surface of the measurement object SW, into two, and includes, for example, a half mirror 3. The The reflected light of the measurement light that has entered through the half mirror 2 and reflected by the surface of the measurement object SW is branched into two by the half mirror 3, one of which is incident on the wavefront sensor 4, and the other is The light enters the imaging unit 5.

波面センサ4は、演算制御部7aによって制御され、測定対象物SWの表面で反射した前記測定光の反射光における波面の形状を測定する装置である。波面センサ4によって測定された前記反射光の波面の形状は、演算制御部7aへ出力される。この光の波面を測定する波面センサ(wave front sensor)4には、主に3つの手法がある。   The wavefront sensor 4 is a device that measures the shape of the wavefront in the reflected light of the measurement light that is controlled by the arithmetic control unit 7a and reflected by the surface of the measurement object SW. The shape of the wavefront of the reflected light measured by the wavefront sensor 4 is output to the arithmetic control unit 7a. There are mainly three methods for the wave front sensor 4 for measuring the wavefront of light.

第1の手法は、シャックハルトマン方式の波面センサ(Shack-Hartmann wave-front sensor)と呼ばれ、図1および図2に示す例では、このシャックハルトマン方式の波面センサ4が用いられる。このシャックハルトマン方式の波面センサは、図2に示すように、瞳の後方に配置され、複数のマイクロレンズ411(図2(B)参照)をアレイ状に例えば2次元アレイ状に配置したマイクロレンズアレイ41と、例えばCCD型エリアセンサ(CCD型イメージセンサ)やCMOS型エリアセンサ(CMOS型イメージセンサ)等の光像を、電気的な信号に変換することによって撮像する撮像素子42と、撮像素子42の出力に対し所定の処理を行うことによって入射光(本実施形態では前記反射光)の波面を求める波面センサ演算制御部43とを備えて構成される。   The first technique is called a Shack-Hartmann wave-front sensor, and in the example shown in FIGS. 1 and 2, this Shack-Hartmann wave-front sensor 4 is used. As shown in FIG. 2, the Shack-Hartmann wavefront sensor is arranged behind the pupil, and a microlens in which a plurality of microlenses 411 (see FIG. 2B) are arranged in an array, for example, in a two-dimensional array. An array 41, an image sensor 42 that captures an image by converting an optical image such as a CCD area sensor (CCD image sensor) or a CMOS area sensor (CMOS image sensor) into an electrical signal, and an image sensor And a wavefront sensor calculation control unit 43 that obtains a wavefront of incident light (the reflected light in the present embodiment) by performing predetermined processing on the output of 42.

このような構成のシャックハルトマン方式の波面センサ4は、本センサ4に入射した入射光(本実施形態では前記測定光の反射光)をマイクロレンズアレイ41によって受光し、このマイクロレンズアレイ41における各マイクロレンズ411を通過した前記入射光の像、例えばマイクロレンズアレイ41における各マイクロレンズ411によって結像した前記入射光の像を撮像素子42によって撮像し、この撮像した前記入射光の像を波面センサ演算制御部43によって解析することで前記入射光の波面を求めるものである。このシャックハルトマン方式の波面センサ4では、前記入射光が平面波の場合では、図3(A)に示すように、撮像素子42において、各マイクロレンズ411によって各マイクロレンズ411の各光軸に対応した各位置(各基準位置)に前記入射光の像(光点、スポット、ドット、図中「・」で表す)が結像され、一方、入射光が平面波でなく歪みが生じている場合では、図3(B)に示すように、撮像素子42において、各マイクロレンズ411によって各マイクロレンズ411に対応した各基準位置からずれた各位置(各観測位置)に前記入射光の像(・)が結像される。前記観測位置における前記基準位置からの前記ずれ量は、前記入射光の波面に生じている歪み量(波面角度)に応じて生じる。このため、前記ずれ量を求めることで、前記入射光の波面が求められる。   The Shack-Hartmann wavefront sensor 4 having such a configuration receives incident light (reflected light of the measurement light in this embodiment) incident on the sensor 4 by the microlens array 41, and An image of the incident light that has passed through the microlens 411, for example, an image of the incident light that is formed by each microlens 411 in the microlens array 41 is picked up by the image pickup element 42, and the image of the picked up incident light is wavefront sensor. The wavefront of the incident light is obtained by analysis by the arithmetic control unit 43. In the Shack-Hartmann wavefront sensor 4, when the incident light is a plane wave, as shown in FIG. 3A, each microlens 411 corresponds to each optical axis of each microlens 411 in the imaging device 42. In each of the positions (each reference position), an image of the incident light (light spot, spot, dot, represented by “•” in the figure) is formed, while on the other hand, the incident light is not a plane wave but is distorted. As shown in FIG. 3B, in the image sensor 42, the image (•) of the incident light is placed at each position (each observation position) that is shifted from each reference position corresponding to each microlens 411 by each microlens 411. Imaged. The amount of deviation from the reference position at the observation position is generated according to the amount of distortion (wavefront angle) generated in the wavefront of the incident light. For this reason, the wavefront of the incident light is obtained by obtaining the deviation amount.

より具体的には、マイクロレンズアレイ41と撮像素子42との間の距離をFとし、観測位置とその基準位置との間の距離(前記ずれ量)をLとする場合に、図4に示すように、その幾何学的関係から、マイクロレンズアレイ41に垂直入射した平面波の波面に対する、測定したい入射光の波面における角度(マイクロレンズアレイ41に垂直入射した平面波の波面と、測定したい入射光の波面とのなす角の角度)である波面角度αは、tanα=L/Fで表され、α=tan−1(L/F)によって算出される。 More specifically, when the distance between the microlens array 41 and the image sensor 42 is F, and the distance between the observation position and its reference position (the shift amount) is L, it is shown in FIG. Thus, from the geometric relationship, the angle of the wavefront of the incident light to be measured with respect to the wavefront of the plane wave perpendicularly incident on the microlens array 41 (the wavefront of the plane wave perpendicularly incident on the microlens array 41 and the incident light to be measured The wavefront angle α, which is the angle formed by the wavefront, is expressed by tan α = L / F and is calculated by α = tan −1 (L / F).

このように算出することによって入射光の波面、本実施形態では測定対象物SWで反射した前記測定光の反射光における波面を演算する波面センサ演算部43は、例えば、マイクロコンピュータ等を備えて構成され、図2(A)に示すように、例えば、機能的に、マイクロレンズアレイ41の各マイクロレンズ411に対応する各基準位置を記憶する基準位置記憶部434と、撮像素子42によって撮像された前記入射光(本実施形態では反射光)の像(画像)に基づいて各マイクロレンズ411に対応する各観測位置を求める観測位置演算部431と、観測位置演算部431によって求められた各観測位置ごとに、当該観測位置とその基準位置とのずれ量Lに基づいて波面角度αをそれぞれ求める波面角度演算部432と、波面角度演算部432によって求められた各波面角度αに基づいて前記入射光(本実施形態では反射光)の波面の形状を求める波面形状演算部433とを備えて構成される。   The wavefront sensor calculation unit 43 that calculates the wavefront of the incident light by calculating in this way, that is, the reflected wave of the measurement light reflected by the measurement object SW in this embodiment, includes, for example, a microcomputer. As shown in FIG. 2A, for example, the image is functionally captured by the reference position storage unit 434 that stores each reference position corresponding to each microlens 411 of the microlens array 41 and the imaging element 42. Based on an image (image) of the incident light (reflected light in the present embodiment), an observation position calculation unit 431 that obtains each observation position corresponding to each microlens 411, and each observation position obtained by the observation position calculation unit 431 And a wavefront angle calculation unit 432 for determining a wavefront angle α based on a deviation amount L between the observation position and its reference position, and a wavefront angle calculation unit. 32 constituted by a wavefront shape operation unit 433 for obtaining the wavefront shape of the incident light (reflected light in this embodiment) based on the wavefront angle α obtained by the.

また、第2の手法は、LSI(Lateral shearing interferometer)と呼ばれ、図5に示すように、当該波面センサに入射した波面φ(r)の入射光をshearing deviceによって所定値sだけずらして波面φ(r)を持つ光と波面φ(r+s)を持つ光とに分け、これら光の光像を撮像素子によって撮像し、この撮像した前記光の光像に示される干渉パターン(干渉縞)を解析することによって前記入射光の波面の位相を求めるものである。   The second technique is called LSI (Lateral Shearing Interferometer), and as shown in FIG. 5, the wavefront φ (r) incident on the wavefront sensor is shifted by a predetermined value s by a shearing device. It is divided into light having φ (r) and light having wavefront φ (r + s), and an optical image of these lights is picked up by an image pickup device, and an interference pattern (interference fringes) shown in the picked-up light image of the light is obtained. The wavefront phase of the incident light is obtained by analysis.

そして、第3の手法は、曲率センサ(curvature sensor)と呼ばれ、図6に示すように、当該波面センサに入射した入射光を、瞳の後方に配置されたレンズで受光し、このレンズの焦点位置fから等距離lでずれた2つの各位置で前記入射光の各像を撮像素子によってそれぞれ撮像し、これらそれぞれ撮像した各像を比較解析することによって前記入射光の波面を求めるものである。この曲率センサは、前記入射光が平面波の場合では、前記入射光の各像は、同様にぼやけた像となるが、一方、入射光が平面波でなく歪みが生じている場合では、前記入射光の各像は、それぞれ異なる像となる。前記入射光の各像間の相違は、前記入射光の波面に生じている歪み量に応じて生じる。このため、前記入射光の各像の相違を求めることで、前記入射光の波面が求められる。   The third method is called a curvature sensor, and as shown in FIG. 6, incident light incident on the wavefront sensor is received by a lens arranged behind the pupil, The incident light wavefront is obtained by imaging each image of the incident light with two image pickup elements at two positions deviated from the focal position f by an equal distance l, and comparing and analyzing each of the captured images. is there. In the curvature sensor, when the incident light is a plane wave, each image of the incident light is similarly blurred. On the other hand, when the incident light is not a plane wave but is distorted, the incident light Each of the images becomes a different image. The difference between the images of the incident light occurs according to the amount of distortion generated in the wavefront of the incident light. For this reason, the wavefront of the incident light is obtained by obtaining the difference between the images of the incident light.

撮影部5は、演算制御部7aによって制御され、測定対象物SWを撮影する装置である。撮影部5によって撮影された測定対象物SWの画像に基づいて測定箇所MPの座標位置を求める場合には、測定対象物SWである半導体ウェハSWの端部を少なくとも含むように測定対象物SWの表面が撮影部5によって撮影される。すなわち、図7に示すように、撮影部5による画像PCは、測定対象物SWをその法線方向から撮影した場合における半導体ウェハSWの表面の画像であり、この画像PCには、半導体ウェハSWの端部SWEgが含まれる。撮影部5は、例えば、光学系、前記光学系によって結像された光像を、電気的な信号に変換することによって撮像する撮像素子、および、前記撮像素子の出力に対し所定の処理を行うことで、前記光像の画像を生成する画像処理部等を備えたカメラである。撮影部5によって撮影された画像は、演算制御部7aへ出力される。   The photographing unit 5 is a device that is controlled by the arithmetic control unit 7a and photographs the measurement object SW. When the coordinate position of the measurement point MP is obtained based on the image of the measurement object SW photographed by the photographing unit 5, the measurement object SW includes at least an end portion of the semiconductor wafer SW that is the measurement object SW. The surface is photographed by the photographing unit 5. That is, as shown in FIG. 7, the image PC by the imaging unit 5 is an image of the surface of the semiconductor wafer SW when the measurement object SW is imaged from the normal direction, and the image PC includes the semiconductor wafer SW. End SWEg. The imaging unit 5 performs predetermined processing on, for example, an optical system, an image sensor that captures an image formed by converting the optical image formed by the optical system into an electrical signal, and an output of the image sensor. Thus, the camera includes an image processing unit that generates an image of the optical image. The image photographed by the photographing unit 5 is output to the arithmetic control unit 7a.

入力部6は、演算制御部7aに接続され、外部から当該表面形状測定装置Saにコマンド(命令)やデータ等を入力するための装置であり、例えばタッチパネルやキーボード等である。出力部8は、演算制御部7aに接続され、入力部6から入力されたコマンドやデータおよび演算制御部7aの演算結果等を出力するための装置であり、例えばCRTディスプレイやLCD(液晶ディスプレイ)や有機ELディスプレイ等のディスプレイおよびプリンタ等の印刷装置等である。   The input unit 6 is connected to the calculation control unit 7a and is a device for inputting commands (commands), data, and the like from the outside to the surface shape measuring device Sa, and is, for example, a touch panel or a keyboard. The output unit 8 is connected to the calculation control unit 7a, and is a device for outputting commands and data input from the input unit 6, calculation results of the calculation control unit 7a, and the like. For example, a CRT display or LCD (liquid crystal display) And a display device such as an organic EL display and a printing device such as a printer.

ステージ9は、演算制御部7aによって制御され、測定対象物SWの厚さ方向に直交する水平方向に測定対象物SWを移動する装置である。   The stage 9 is a device that is controlled by the arithmetic control unit 7a and moves the measurement object SW in a horizontal direction orthogonal to the thickness direction of the measurement object SW.

演算制御部7aは、表面形状測定装置Saの各部を当該機能に応じて制御する回路であり、測定対象物SWの表面形状を波面センサ4の出力に基づいて求めるものである。演算制御部7aは、例えば、表面形状測定装置Saの各部を当該機能に応じて制御するための制御プログラムや測定対象物SWの表面形状を波面センサ4の出力に基づいて求める演算プログラム等の各種の所定のプログラム、および、前記所定のプログラムの実行に必要なデータ等の各種の所定のデータ等を記憶する、不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、前記所定のプログラムを読み出して実行することによって所定の演算処理や制御処理を行うCPU(Central Processing Unit)、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる前記CPUのワーキングメモリとなるRAM(Random Access Memory)、ならびに、これらの周辺回路を備えたマイクロコンピュータ等によって構成される。演算制御部7aは、機能的に、第1表面形状演算部71と、座標位置演算部72と、全表面形状演算部73と、制御部74とを備えている。   The arithmetic control unit 7 a is a circuit that controls each part of the surface shape measuring device Sa according to the function, and obtains the surface shape of the measurement object SW based on the output of the wavefront sensor 4. The calculation control unit 7a is, for example, a control program for controlling each part of the surface shape measuring device Sa according to the function or various calculation programs such as a calculation program for obtaining the surface shape of the measurement object SW based on the output of the wavefront sensor 4. ROM (Read Only Memory) which is a non-volatile storage element and rewritable non-volatile storage for storing various predetermined data such as data required for execution of the predetermined program An EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) that is an element, a CPU (Central Processing Unit) that performs predetermined arithmetic processing and control processing by reading and executing the predetermined program, and data generated during execution of the predetermined program RAM (Random Access Memory) that serves as the working memory of the CPU for storing It constituted by a microcomputer or the like provided with peripheral circuits al. The calculation control unit 7a functionally includes a first surface shape calculation unit 71, a coordinate position calculation unit 72, an entire surface shape calculation unit 73, and a control unit 74.

第1表面形状演算部71は、波面センサ4で測定した前記入射光の反射光における波面の形状に基づいて測定対象物SWにおける表面の形状を求めるものである。   The first surface shape calculation unit 71 obtains the surface shape of the measurement object SW based on the wavefront shape of the reflected light of the incident light measured by the wavefront sensor 4.

座標位置演算部72は、撮影部5によって撮影された測定対象物SWの表面画像に基づいて測定箇所MPの座標位置を求めるものである。   The coordinate position calculation unit 72 obtains the coordinate position of the measurement location MP based on the surface image of the measurement object SW photographed by the photographing unit 5.

全表面形状演算部73は、第1表面形状演算部71によって求められた表面形状に基づいて所望の測定範囲での測定対象物SWにおける表面全体の形状(全表面形状)を求めるものである。   The total surface shape calculation unit 73 calculates the shape of the entire surface (total surface shape) of the measurement object SW in the desired measurement range based on the surface shape calculated by the first surface shape calculation unit 71.

制御部74aは、光源部1、波面センサ4、撮影部5およびステージ9のそれぞれを当該各部の機能に応じて制御するものである。   The control unit 74a controls each of the light source unit 1, the wavefront sensor 4, the imaging unit 5, and the stage 9 according to the function of each unit.

なお、表面形状測定装置Saは、さらに必要に応じて、外部記憶装置をさらに備えてもよい。この外部記憶装置は、演算制御部7aに接続され、フレキシブルディスク、CD−R(Compact Disc Recordable)およびDVD−R(Digital Versatile Disc Recordable)等の記憶媒体とデータを読み書きする補助記憶装置であり、例えば、フレキシブルディスクドライブ、CD−RドライブおよびDVD−Rドライブ等である。演算制御部7aに前記所定のプログラムおよび前記所定のデータ等が格納されていない場合には、これらを記録した記録媒体を外部記憶装置を介して演算制御部7aへ読み込むように、表面形状測定装置Saが構成されてもよい。   Note that the surface shape measuring device Sa may further include an external storage device as necessary. This external storage device is an auxiliary storage device that is connected to the arithmetic control unit 7a and reads / writes data from / to a storage medium such as a flexible disk, CD-R (Compact Disc Recordable) and DVD-R (Digital Versatile Disc Recordable), For example, a flexible disk drive, a CD-R drive, a DVD-R drive, and the like. When the predetermined program, the predetermined data, and the like are not stored in the arithmetic control unit 7a, the surface shape measuring device is configured to read the recording medium on which these are recorded into the arithmetic control unit 7a via the external storage device. Sa may be configured.

次に、第1実施形態における表面形状測定装置Saの動作について説明する。図8は、第1実施形態における表面形状測定装置の動作を示すフローチャートである。図9は、第1実施形態の表面形状測定装置の動作において、主要な処理結果を示す図である。図9(A)は、波面センサ4によって取得された画像(取得画像)を示し、図9(B)は、波面センサ4におけるデータ抽出処理後の画像(スポットデータ)を示し、図9(C)は、波面センサ4で求められた図9(A)に示すAA線における前記反射波の波面形状を示し、そして、図9(D)は、第1表面形状演算部71で求められた、図9(B)に示す前記反射波の波面形状に基づく測定対象物SWの表面形状を示す。図10は、波面センサのデータ抽出処理における所定の閾値を説明するための図である。図10(A)は、波面センサ4の撮像素子42で撮像されたデータ抽出処理前の画像を示し、図10(B)は、図10(A)に示すBB線における輝度値と第1ないし第3態様のそれぞれの各閾値とを示す。図10(B)の横軸は、X座標であり、その縦軸は、当該座標位置における輝度値を示す。X座標は、測定対象物SWの端部(エッジ)付近において、予め設定した所定位置を0とし、径方向に沿って設定されている。破線は、第1態様の閾値(傾斜をかける場合)を示し、1点鎖線は、第2態様の閾値(区画ごとに算出する場合)を示し、そして、2点鎖線は、第3態様の閾値(一定の場合)を示す。図11は、波面センサで測定された波面形状から測定対象物の表面形状を求める算出方法を説明するための図である。   Next, operation | movement of the surface shape measuring apparatus Sa in 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 9 is a diagram showing main processing results in the operation of the surface shape measuring apparatus according to the first embodiment. FIG. 9A shows an image (acquired image) acquired by the wavefront sensor 4, and FIG. 9B shows an image (spot data) after the data extraction processing in the wavefront sensor 4, FIG. ) Shows the wavefront shape of the reflected wave in the line AA shown in FIG. 9A obtained by the wavefront sensor 4, and FIG. 9D shows the wavefront shape obtained by the first surface shape calculation unit 71. The surface shape of the measuring object SW based on the wavefront shape of the reflected wave shown in FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining a predetermined threshold in the data extraction process of the wavefront sensor. FIG. 10A shows an image before data extraction processing, which is picked up by the image pickup element 42 of the wavefront sensor 4, and FIG. 10B shows the luminance values on the BB line shown in FIG. Each threshold value of the third aspect is shown. In FIG. 10B, the horizontal axis represents the X coordinate, and the vertical axis represents the luminance value at the coordinate position. The X coordinate is set along the radial direction with a predetermined position set to 0 near the end (edge) of the measurement object SW. A broken line indicates a threshold value of the first aspect (when applying an inclination), a one-dot chain line indicates a threshold value of the second aspect (when calculated for each section), and a two-dot chain line indicates a threshold value of the third aspect (Constant case) FIG. 11 is a diagram for explaining a calculation method for obtaining the surface shape of the measurement object from the wavefront shape measured by the wavefront sensor.

図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置Saが起動され、演算制御部7aによって必要な各部の初期化が行われる。そして、例えば半導体ウェハ等の板状体の測定対象物SWがステージ9に載置され、入力部6から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、演算制御部7aは、測定対象物SWの表面形状の測定を開始する。   When a power switch (not shown) is turned on, the surface shape measuring device Sa is activated, and necessary parts are initialized by the arithmetic control unit 7a. Then, for example, when the measurement object SW of a plate-like body such as a semiconductor wafer is placed on the stage 9 and receives a command for instructing the start of measurement from the input unit 6, the arithmetic control unit 7a Start measuring.

まず、演算制御部7aの制御部74aは、光源部1を駆動し、光源部1に測定光を放射させる。   First, the control unit 74a of the calculation control unit 7a drives the light source unit 1 to cause the light source unit 1 to emit measurement light.

光源部1から放射された測定光は、図1に示すように、ハーフミラ2に入射され、その光路がハーフミラ2によって略90度曲げられ、測定対象物SWの法線方向から、測定対象物SWの所定の測定箇所MPに照射される。測定対象物SWの測定箇所MPに照射された測定光は、測定対象物SWによって反射され、図1に示すように、再び、ハーフミラ2に入射され、ハーフミラ2を透過した前記測定光の反射光は、ハーフミラ3に入射される。ハーフミラ3では、前記測定光の反射光が2つに分岐され、その一方は、波面センサ4に入射され、その他方は、撮影部5に入射される。   As shown in FIG. 1, the measurement light emitted from the light source unit 1 is incident on the half mirror 2, the optical path thereof is bent by approximately 90 degrees by the half mirror 2, and the measurement target SW is measured from the normal direction of the measurement target SW. The predetermined measurement point MP is irradiated. The measurement light irradiated to the measurement point MP of the measurement object SW is reflected by the measurement object SW, and is incident on the half mirror 2 again and reflected by the measurement light transmitted through the half mirror 2, as shown in FIG. Is incident on the half mirror 3. In the half mirror 3, the reflected light of the measurement light is branched into two, one of which is incident on the wavefront sensor 4 and the other is incident on the imaging unit 5.

演算制御部7aの制御部74aは、撮影部5によって撮影された画像に基づいてこの画像に測定対象物SWの端部を少なくとも含むように、ステージ9によって測定対象物SWを移動させる。演算制御部7aは、例えば、測定対象物SWの輝度と測定対象物SWの外部部分の輝度との相違を利用することによって、撮影部5によって撮影された画像に基づいて測定対象物SWの端部を検出することができる。このような測定対象物SWの端部の検出方法には、公知の常套手段である、いわゆるエッジ検出等の画像処理方法が用いられる。これによって測定対象物SWの初期位置が決定され、最初の測定箇所MPが決定される。   Based on the image photographed by the photographing unit 5, the control unit 74a of the arithmetic control unit 7a moves the measurement object SW by the stage 9 so that this image includes at least the end of the measurement object SW. The arithmetic control unit 7a uses, for example, the difference between the luminance of the measurement object SW and the luminance of the external part of the measurement object SW, so that the end of the measurement object SW is based on the image photographed by the photographing unit 5. Part can be detected. An image processing method such as so-called edge detection, which is a well-known conventional means, is used as a method for detecting the end of the measurement object SW. As a result, the initial position of the measurement object SW is determined, and the first measurement point MP is determined.

測定対象物SWの初期位置が決定されると、前記最初の測定箇所MPについて、測定対象物SWの表面形状の測定が開示される。すなわち、まず、波面センサ4は、前記測定光の反射光を受光し、前記測定光の反射光の画像を取得する(S11)。より具体的には、波面センサ4では、前記測定光の反射光がマイクロレンズアレイ41を通過して、集光され、前記測定光の反射光の像が撮像素子42の撮像面に結像される。撮像素子42は、受光量に応じた電気的な信号に変換し、前記測定光の反射光の像に対応する画像の電気信号を波面センサ演算制御部43へ出力する。波面センサ演算制御部43は、撮像素子42から前記画像の電気信号を取り込み、前記測定光の反射光におけるマイクロレンズアレイ41を介した前記画像を取得する。例えば、図9(A)に示す画像が取得される。   When the initial position of the measurement object SW is determined, the measurement of the surface shape of the measurement object SW is disclosed for the first measurement point MP. That is, first, the wavefront sensor 4 receives the reflected light of the measurement light, and acquires an image of the reflected light of the measurement light (S11). More specifically, in the wavefront sensor 4, the reflected light of the measurement light passes through the microlens array 41 and is condensed, and an image of the reflected light of the measurement light is formed on the imaging surface of the image sensor 42. The The image sensor 42 converts the signal into an electrical signal corresponding to the amount of received light, and outputs an electrical signal of an image corresponding to the reflected light image of the measurement light to the wavefront sensor calculation control unit 43. The wavefront sensor calculation control unit 43 takes in the electrical signal of the image from the image sensor 42 and acquires the image through the microlens array 41 in the reflected light of the measurement light. For example, the image shown in FIG. 9A is acquired.

続いて、波面センサ4では、波面センサ演算制御部43の観測位置演算部431は、前記画像に基づいて各マイクロレンズ411に対応する各観測位置を求めるべく、前記画像の各画素の輝度値を所定の閾値とそれぞれ比較し、当該輝度値が前記所定の閾値以上である画素のデータを抽出し、これによって撮像素子42で撮像された画像データのうちの所定の閾値以上のデータを抽出するデータ抽出処理を行う(S12)。このようなデータ抽出処理を前記画像に施すことによって、処理対象外領域と処理対象領域とに分けられてノイズが除去され、例えば、図9(A)に示す画像(撮像素子42から得られた信号そのままによる画像、生画像)は、図9(B)に示す画像となり、マイクロレンズアレイ41の各マイクロレンズ411による前記測定光の反射光の像がより明瞭となり、これによって各マイクロレンズ411に対応する各観測位置をより精度よく検出することができる。   Subsequently, in the wavefront sensor 4, the observation position calculation unit 431 of the wavefront sensor calculation control unit 43 calculates the luminance value of each pixel of the image so as to obtain each observation position corresponding to each microlens 411 based on the image. Data that is compared with a predetermined threshold value, extracts pixel data whose luminance value is equal to or higher than the predetermined threshold value, and thereby extracts data equal to or higher than the predetermined threshold value from the image data captured by the image sensor 42. An extraction process is performed (S12). By applying such data extraction processing to the image, noise is divided into a non-processing target region and a processing target region, for example, an image shown in FIG. 9A (obtained from the image sensor 42). 9B, the image of the measurement light reflected by each microlens 411 of the microlens array 41 becomes clearer, which causes each microlens 411 to have a clear image. Each corresponding observation position can be detected with higher accuracy.

ここで、前記データ抽出処理における前記所定の閾値は、図10(B)に2点鎖線で示すように、予め設定された所定の一定値であってもよいが、測定対象物SWである半導体ウェハSWの表面形状や表面状態等に応じて可変としてもよい。   Here, the predetermined threshold value in the data extraction process may be a predetermined constant value set in advance as shown by a two-dot chain line in FIG. It may be variable according to the surface shape or surface state of the wafer SW.

測定対象物SWである半導体ウェハSWでは、その端部近傍領域には、後述するように、いわゆるエッジロールオフと呼ばれる形状が存在し、一般に、その端部領域は、半導体ウェハSWの法線方向(垂直方向、厚さ方向)に直交する水平方向に対し湾曲している。このため、半導体ウェハSWに入射した測定光は、この端部領域では、その入射方向に対し、半導体ウェハSWの表面における接平面の法線を挟んで線対称な方向へ反射するため、波面センサ4に入射する前記測定光の反射光は、端部領域よりも内側の部分の領域における前記測定光の反射光に較べて、端部領域における前記測定光の反射光の方が、その光密度が低下し、暗くなる。   As will be described later, in the semiconductor wafer SW that is the measurement object SW, there is a so-called edge roll-off shape in the vicinity of the end portion. Generally, the end region is in the normal direction of the semiconductor wafer SW. It is curved with respect to the horizontal direction orthogonal to (vertical direction, thickness direction). For this reason, the measurement light incident on the semiconductor wafer SW is reflected in a direction symmetrical with respect to the incident direction with respect to the normal direction of the tangential plane on the surface of the semiconductor wafer SW. The reflected light of the measurement light incident on 4 is light density of the reflected light of the measurement light in the end region compared to the reflected light of the measurement light in the region inside the end region. Drops and darkens.

このため、前記所定の閾値は、半導体ウェハSWの端部からの距離に応じた値に設定されることが好ましい。例えば、前記所定の閾値は、図10(B)に破線で示すように、端部領域よりも内側の部分では、所定の一定値であって、前記端部領域では、端部へ向かうに従って前記所定の一定値から徐々に小さな値に変化するように予め設定されてもよい。このように前記所定の閾値が設定されることによって、前記所定の閾値が半導体ウェハSWにおける端部領域の表面形状に応じて適応的に変更されるので、前記反射光の像(光点)の位置をより精度よく検出することができる。この結果、このような構成の表面形状測定装置Saは、半導体ウェハSWにおける表面形状を、特に、半導体ウェハSWにおける端部領域の表面形状をより精度よく測定することが可能となる。   For this reason, it is preferable that the predetermined threshold value is set to a value corresponding to the distance from the end of the semiconductor wafer SW. For example, as shown by a broken line in FIG. 10B, the predetermined threshold value is a predetermined constant value in a portion inside the end region, and in the end region, the predetermined threshold value is increased toward the end portion. It may be set in advance so as to gradually change from a predetermined constant value to a small value. By setting the predetermined threshold in this way, the predetermined threshold is adaptively changed according to the surface shape of the end region in the semiconductor wafer SW, so that the reflected light image (light spot) The position can be detected with higher accuracy. As a result, the surface shape measuring apparatus Sa having such a configuration can more accurately measure the surface shape of the semiconductor wafer SW, particularly the surface shape of the end region of the semiconductor wafer SW.

あるいは、前記所定の閾値は、測定箇所MPを含む所定範囲領域内における平均輝度値に関する値であることが好ましい。例えば、前記所定の閾値は、図10(B)に1点鎖線で示すように、データ抽出処理を行う画素に対し、その周辺画素の輝度値を平均した平均輝度値であってよい。周辺画素は、データ抽出処理を行う画素を中心に、予め設定された所定の画素数以内に存在する画素である。なお、平均輝度値に関する値は、このような単純平均によって得られた値だけでなく、重み付き平均によって得られた値であってもよく、さらに、平均輝度値に予め設定された係数を乗ずることによって得られた値や、平均輝度値と所定の閾値との対応関係を示すルックアップテーブルが予め用意されており平均輝度値からこのルックアップテーブルを参照することによって得られた値であってもよい。このように前記所定の閾値が設定されることによって、前記所定の閾値が例えば半導体ウェハSWの表面の状態やノイズ等に応じて適応的に変更されるので、前記反射光の像(光点)の位置をより精度よく検出することができる。この結果、このような構成の表面形状測定装置Saは、半導体ウェハSWにおける表面形状をより精度よく測定することが可能となる。   Alternatively, the predetermined threshold value is preferably a value relating to an average luminance value within a predetermined range area including the measurement location MP. For example, the predetermined threshold value may be an average luminance value obtained by averaging the luminance values of the peripheral pixels of a pixel on which data extraction processing is performed, as indicated by a one-dot chain line in FIG. Peripheral pixels are pixels that exist within a predetermined number of pixels, centering on the pixel that performs data extraction processing. The value relating to the average luminance value may be not only a value obtained by such a simple average but also a value obtained by a weighted average, and the average luminance value is multiplied by a preset coefficient. A look-up table showing the correspondence between the value obtained by this and the average luminance value and the predetermined threshold is prepared in advance, and the value obtained by referring to this look-up table from the average luminance value. Also good. Since the predetermined threshold value is set in this way, the predetermined threshold value is adaptively changed according to, for example, the state of the surface of the semiconductor wafer SW, noise, and the like. Can be detected with higher accuracy. As a result, the surface shape measuring device Sa having such a configuration can measure the surface shape of the semiconductor wafer SW with higher accuracy.

このようなデータ抽出処理を行うと、続いて、波面センサ演算制御部43の観測位置演算部431は、前記画像における高輝度値の画素に、個々に識別するために、特定し識別するための識別子であるスポット認識番号の番号付けを行う(S13)。このスポット認識番号の番号付けを行う場合では、高輝度値の画素が互いに隣接する場合には、このような各画素を、高輝度値を持つ1つの領域と扱うために、例えば、このような各画素に同一のスポット認識番号が付される。また例えば、このような各画素が互いに関連付けられ、それに1つのスポット認識番号が付される。   When such a data extraction process is performed, the observation position calculation unit 431 of the wavefront sensor calculation control unit 43 then identifies and identifies the pixels with high luminance values in the image in order to individually identify them. The spot recognition number as an identifier is numbered (S13). In the case of performing spot recognition numbering, when pixels with high luminance values are adjacent to each other, such pixels are treated as one region having high luminance values. The same spot recognition number is assigned to each pixel. For example, each such pixel is associated with each other, and a single spot recognition number is assigned to it.

続いて、波面センサ演算制御部43の観測位置演算部431は、スポット認識番号のそれぞれについて、高輝度値を持つ画素の位置を求め、観測位置を求める。ここで、上述のように、高輝度値を持つ画素が互いに隣接しており、複数の画素で高輝度値を持つ1つの領域が形成されている場合には、その重心位置が例えば幾何学的に求められ、この求められた重心位置が前記観測位置とされる(S14)。このような処理によって、波面センサ演算制御部43の観測位置演算部431は、各マイクロレンズ411のそれぞれについて、マイクロレンズ411に対応する前記測定光の反射光の像に対し、その観測位置が求められる。   Subsequently, the observation position calculation unit 431 of the wavefront sensor calculation control unit 43 obtains the position of the pixel having a high luminance value for each spot recognition number, and obtains the observation position. Here, as described above, when pixels having a high luminance value are adjacent to each other and one region having a high luminance value is formed by a plurality of pixels, the position of the center of gravity is, for example, geometrical. The obtained center of gravity is set as the observation position (S14). Through such processing, the observation position calculation unit 431 of the wavefront sensor calculation control unit 43 obtains the observation position for each microlens 411 with respect to the reflected light image of the measurement light corresponding to the microlens 411. It is done.

続いて、波面センサ演算制御部43の波面角度演算部は、スポット認識番号のそれぞれについて、ステップS14に求められた観測位置とこれに対応する基準位置とのずれ量Lを求め、このずれ量Lとマイクロレンズアレイ41および撮像素子42間の距離Fとから、α=tan−1(L/F)によって波面角度αを求める(S15)。前記基準位置は、上述したように、基準位置記憶部434に予め記憶されている。前記基準位置は、例えば、マイクロレンズ411の光軸と撮像素子42の撮像面との交点として与えられる。また例えば、高度な平坦面を持つ基準試料、例えば、半導体ウェハSWの中心部分を波面センサ4で実測することによって、前記基準位置が予め求められる。 Subsequently, the wavefront angle calculation unit of the wavefront sensor calculation control unit 43 obtains a deviation amount L between the observation position obtained in step S14 and the corresponding reference position for each spot recognition number, and this deviation amount L And the distance F between the microlens array 41 and the image sensor 42, the wavefront angle α is obtained by α = tan −1 (L / F) (S15). The reference position is stored in advance in the reference position storage unit 434 as described above. The reference position is given, for example, as an intersection between the optical axis of the microlens 411 and the imaging surface of the imaging element 42. Further, for example, the reference position is obtained in advance by measuring the reference portion having a highly flat surface, for example, the central portion of the semiconductor wafer SW with the wavefront sensor 4.

なお、測定光が平面波ではなく所定の波面を持つ光である場合には、この所定の波面と平面波の波面との相違に応じて、前記ずれ量Lを補正すればよい。   If the measurement light is not a plane wave but a light having a predetermined wavefront, the deviation L may be corrected according to the difference between the predetermined wavefront and the wavefront of the plane wave.

続いて、波面センサ演算制御部43の波面形状演算部433は、前記測定光の反射光における波面形状を求める(S16)。例えば、波面形状演算部433は、半導体ウェハSWの径方向に沿った各スポット認識番号の波面角度αを順次に連結することによって、半導体ウェハSWの径方向に沿った前記測定光の反射光における波面形状を求める。このような情報処理によって、例えば、図9(B)に示すデータ抽出処理後の画像から、半導体ウェハSWの径方向に沿ったAA線での前記測定光の反射光における波面形状として、図9(C)に示す形状が得られる。   Subsequently, the wavefront shape calculation unit 433 of the wavefront sensor calculation control unit 43 obtains the wavefront shape in the reflected light of the measurement light (S16). For example, the wavefront shape calculation unit 433 sequentially couples the wavefront angles α of the respective spot identification numbers along the radial direction of the semiconductor wafer SW, thereby reflecting the reflected light of the measurement light along the radial direction of the semiconductor wafer SW. Find the wavefront shape. By such information processing, for example, from the image after the data extraction processing shown in FIG. 9B, the wavefront shape in the reflected light of the measurement light at the AA line along the radial direction of the semiconductor wafer SW is obtained as shown in FIG. The shape shown in (C) is obtained.

このように波面センサ4では、前記測定光の反射光が入射され、前記反射光がマイクロレンズアレイ41によって受光され、このマイクロレンズアレイ41における複数のマイクロレンズ411を通過した前記反射光の像が撮像素子42によって撮像され、この撮像素子42で撮像された画像が、データ抽出処理部の一例として観測位置演算部431によって、前記所定の閾値によってデータ抽出され、この抽出されたデータに基づいて、波面演算部の一例としての波面角度演算部432および波面形状演算部433によって、前記反射光における波面の形状が求められる。そして、この求められた前記測定光の反射光における波面形状が波面センサ4から演算制御部7aへ出力される。   Thus, in the wavefront sensor 4, the reflected light of the measurement light is incident, the reflected light is received by the microlens array 41, and an image of the reflected light that has passed through the plurality of microlenses 411 in the microlens array 41 is obtained. An image picked up by the image pickup device 42 and an image picked up by the image pickup device 42 is extracted by the observation position calculation unit 431 as an example of a data extraction processing unit based on the predetermined threshold, and based on the extracted data, The wavefront angle calculation unit 432 and the wavefront shape calculation unit 433 as examples of the wavefront calculation unit obtain the shape of the wavefront in the reflected light. Then, the obtained wavefront shape of the reflected light of the measurement light is output from the wavefront sensor 4 to the arithmetic control unit 7a.

続いて、演算制御部7aは、波面センサ4から前記測定光の反射光における波面形状を取得すると、その第1表面形状演算部71によって、波面センサ4で測定した前記測定光の反射光における波面形状に基づいて測定対象物SWにおける表面の形状を求める(S17)。より具体的には、図11に示すように、測定対象物SWにおける所定の方向に沿って、例えば、径方向に沿って座標系Xが設定される。波面センサ4での座標系をX0とすると、この座標系X0での位置x0における前記反射光の波面に対する接平面(接線)が求められ、この接平面(接線)の法線とX0=x0の直線とのなす角θ(x0)が求められる。測定対象物SWと波面センサ4におけるマイクロレンズアレイ41の受光面との間の距離をDとすると、測定対象物SWの表面における接平面(接線)と水平方向とのなす角である表面角度φ(x)は、φ(x)=θ(x0)/2、x=x0+Dtanθ(x0)によって求められる。前記距離Dは、通常、100mm程度であり、それに対し表面形状は、ナノメートルオーダ(測定範囲全体(フレーム範囲)で大略サブミクロン〜数ミクロンの変化)であるので、前記距離Dに対し測定対象物SWの厚さは、一定と見なせるから、ステージ9の載置面と波面センサ4におけるマイクロレンズアレイ41の受光面との間の距離から測定対象物SWの厚さを減算することで、前記距離Dが求められる。そして、測定対象物SWの表面形状Φは、この表面角度φ(x)を所定の測定範囲でxについて積分することによって求められる(Φ(x)=∫φ(x)dx)。このような情報処理によって、例えば、図9(C)に示す前記測定光の反射光の波面形状から、測定対象物SWの表面形状として、図9(D)に示す形状が得られる。   Subsequently, when the calculation control unit 7 a acquires the wavefront shape in the reflected light of the measurement light from the wavefront sensor 4, the wavefront in the reflected light of the measurement light measured by the wavefront sensor 4 by the first surface shape calculation unit 71. Based on the shape, the surface shape of the measuring object SW is obtained (S17). More specifically, as shown in FIG. 11, a coordinate system X is set along a predetermined direction in the measurement object SW, for example, along the radial direction. When the coordinate system of the wavefront sensor 4 is X0, a tangent plane (tangent) to the wavefront of the reflected light at the position x0 in the coordinate system X0 is obtained, and the normal of this tangential plane (tangent) and X0 = x0 An angle θ (x0) formed with the straight line is obtained. Assuming that the distance between the measurement object SW and the light receiving surface of the microlens array 41 in the wavefront sensor 4 is D, the surface angle φ, which is the angle between the tangent plane (tangent line) on the surface of the measurement object SW and the horizontal direction. (X) is obtained by φ (x) = θ (x0) / 2 and x = x0 + Dtanθ (x0). The distance D is usually about 100 mm, while the surface shape is on the order of nanometers (change from about submicron to several microns in the entire measurement range (frame range)), so the object to be measured with respect to the distance D Since the thickness of the object SW can be assumed to be constant, the thickness of the measurement object SW is subtracted from the distance between the mounting surface of the stage 9 and the light receiving surface of the microlens array 41 in the wavefront sensor 4. A distance D is determined. Then, the surface shape Φ of the measurement object SW is obtained by integrating the surface angle φ (x) with respect to x in a predetermined measurement range (Φ (x) = ∫φ (x) dx). By such information processing, for example, the shape shown in FIG. 9D is obtained as the surface shape of the measurement object SW from the wavefront shape of the reflected light of the measurement light shown in FIG.

なお、測定箇所MPから得られた前記画像に、X座標が複数設定可能である場合(径方向に並ぶスポット列が周方向に複数有る場合)には、これら複数のX座標のそれぞれについて、ステップS17の処理が実行され、それぞれの測定対象物SWの表面形状Φが求められる。   When a plurality of X coordinates can be set in the image obtained from the measurement location MP (when there are a plurality of spot rows arranged in the radial direction in the circumferential direction), the step is performed for each of the plurality of X coordinates. The process of S17 is performed, and the surface shape Φ of each measurement object SW is obtained.

このようなステップS11ないしステップS17の各処理が最初の測定箇所MP(0)について実行され、最初の測定箇所MP(0)について測定対象物SWの表面形状Φ(0)が測定されると、演算制御部7aの制御部74aは、次の測定箇所MP(1)について測定対象物SWの表面形状Φ(1)を測定するべく、ステージ9を動作させ、測定対象物SWを所定の距離だけ移動させ、次の測定箇所MP(1)に測定対象物SWをセットする。そして、この次の測定箇所MP(1)について、前記ステップS11ないしステップS17の各処理が実行され、この次の測定箇所MP(1)について測定対象物SWの表面形状Φ(1)が測定される。このような処理によって、測定対象物SWについて、所望の測定範囲における表面形状Φ(0)、Φ(1)、・・・、Φ(k)が求められる。前記所望の測定範囲は、測定対象物SWの全表面であってよく、またその一部表面であってもよい。後述する半導体ウェハSWのいわゆるエッジロールオフを観測する場合には、半導体ウェハSWの外周辺における環状部分であってよい。   When each process of step S11 thru | or step S17 is performed about the first measurement location MP (0), and the surface shape (PHI) (0) of measurement object SW is measured about the first measurement location MP (0), The control unit 74a of the calculation control unit 7a operates the stage 9 to measure the surface shape Φ (1) of the measurement object SW at the next measurement location MP (1), and moves the measurement object SW by a predetermined distance. The measurement object SW is set at the next measurement location MP (1). And each process of said step S11 thru | or step S17 is performed about this next measurement location MP (1), and surface shape (PHI) (1) of measurement object SW is measured about this next measurement location MP (1). The By such processing, the surface shapes Φ (0), Φ (1),..., Φ (k) in the desired measurement range are obtained for the measurement object SW. The desired measurement range may be the entire surface of the measurement object SW or a partial surface thereof. When observing so-called edge roll-off of the semiconductor wafer SW described later, it may be an annular portion in the outer periphery of the semiconductor wafer SW.

このように所望の測定範囲における表面形状Φが求められると、演算制御部7aの全表面形状演算部73は、第1表面形状演算部71によって求められた表面形状Φに基づいて前記所望の測定範囲における測定対象物SWの全表面形状を求める。例えば、全表面形状演算部73は、上述のように求められた表面形状Φ(0)、Φ(1)、・・・、Φ(k)を順次に連結することによって、前記所望の測定範囲における測定対象物SWの全表面形状を求める。   As described above, when the surface shape Φ in the desired measurement range is obtained, the entire surface shape computation unit 73 of the computation control unit 7a performs the desired measurement based on the surface shape Φ obtained by the first surface shape computation unit 71. The entire surface shape of the measurement object SW in the range is obtained. For example, the total surface shape calculation unit 73 sequentially connects the surface shapes Φ (0), Φ (1),..., Φ (k) obtained as described above, thereby obtaining the desired measurement range. The total surface shape of the measuring object SW at is obtained.

そして、演算制御部7aは、このように演算された測定対象物SWの全表面形状を出力部8に出力する(S18)。これによって測定対象物SWの全表面形状が提示される。なお、第1表面形状演算部71によって求められた表面形状Φが出力部8に出力されてもよい。   And the calculation control part 7a outputs the whole surface shape of the measurement object SW calculated in this way to the output part 8 (S18). Thereby, the entire surface shape of the measuring object SW is presented. The surface shape Φ obtained by the first surface shape calculation unit 71 may be output to the output unit 8.

一方、このような測定対象物SWの表面形状Φが算出されている間に、演算制御部7aの座標位置演算部72は、撮影部5によって撮影された測定対象物SWの表面画像CPに基づいて測定箇所MPの座標位置を求める。測定対象物SWの表面に対する撮影部5の配置位置や撮影部5の光学系の倍率等は、既知であるので、測定対象物SWの端部を認識することによって、座標位置演算部72は、この端部を基準に測定箇所MPの座標位置を求めることができる。そして、波面センサ4に入射される前記測定光の反射光と、撮影部5に入射される前記測定光の反射光とは、同一であるので、座標位置演算部72は、波面センサ4の基準位置を撮影部5によって撮影された測定対象物SWの画像に対応付けることができ、測定箇所MPの座標位置から、測定箇所MPにおいて、前記基準位置の座標位置も求めることができる。そして、このように求められた測定箇所MPの座標位置も出力部8に出力され、提示される。測定箇所MPの位置は、例えば、測定対象物SWである半導体ウェハを載置するステージ9の移動量に応じて求めることもできるが、このように波面センサ4に入射される前記測定光の反射光の一部を受光することによって得られた測定対象物SWの表面画像に基づいて測定箇所MPの座標位置が求められるので、このような構成の表面形状測定装置Saは、測定箇所MPの位置をより正確に認識することができる。   On the other hand, while the surface shape Φ of the measurement object SW is calculated, the coordinate position calculation unit 72 of the calculation control unit 7a is based on the surface image CP of the measurement object SW photographed by the photographing unit 5. To obtain the coordinate position of the measurement point MP. Since the arrangement position of the imaging unit 5 with respect to the surface of the measurement object SW, the magnification of the optical system of the imaging unit 5, and the like are known, the coordinate position calculation unit 72 recognizes the end of the measurement object SW, The coordinate position of the measurement point MP can be obtained using this end as a reference. Since the reflected light of the measurement light incident on the wavefront sensor 4 and the reflected light of the measurement light incident on the imaging unit 5 are the same, the coordinate position calculation unit 72 is used as a reference for the wavefront sensor 4. The position can be associated with the image of the measurement object SW photographed by the photographing unit 5, and the coordinate position of the reference position can be obtained at the measurement location MP from the coordinate position of the measurement location MP. And the coordinate position of the measurement location MP calculated | required in this way is also output to the output part 8, and is shown. The position of the measurement point MP can be obtained, for example, according to the amount of movement of the stage 9 on which the semiconductor wafer that is the measurement object SW is placed. In this way, the reflection of the measurement light incident on the wavefront sensor 4 is reflected. Since the coordinate position of the measurement location MP is obtained based on the surface image of the measurement object SW obtained by receiving a part of the light, the surface shape measuring device Sa having such a configuration is provided with the position of the measurement location MP. Can be recognized more accurately.

このように第1実施形態における表面形状測定装置Saは、波面センサ4を用いることによって測定対象物SWである半導体ウェハSWにおける表面形状を測定するので、その測定原理から、半導体ウェハSWにおける表面形状の測定に適した精度で、そして、より短時間で半導体ウェハSWの表面形状を測定することができる。例えば、シャックハルトマン方式の波面センサでは、ナノメートルオーダの測定が可能であり、そして、数〜十mrad程度までの比較的大きな面角度の範囲を測定することができ、より短時間で半導体ウェハSWの表面形状を測定することができる。   Thus, since the surface shape measuring apparatus Sa in the first embodiment measures the surface shape of the semiconductor wafer SW that is the measurement object SW by using the wavefront sensor 4, the surface shape of the semiconductor wafer SW is measured based on the measurement principle. It is possible to measure the surface shape of the semiconductor wafer SW with a precision suitable for the above measurement and in a shorter time. For example, a Shack-Hartmann wavefront sensor can measure on the order of nanometers, and can measure a relatively large surface angle range of about several to tens of mrad, so that the semiconductor wafer SW can be measured in a shorter time. Can be measured.

次に、別の実施形態について説明する。   Next, another embodiment will be described.

(第2実施形態)
図12は、第2実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。図13は、第2実施形態の表面形状測定装置における厚さ分布測定部の構成を示す図である。図14は、第2実施形態の表面形状測定装置において、一方表面形状および厚さ分布に基づいて他方表面形状を求める方法を説明するための図である。
(Second Embodiment)
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a surface shape measuring apparatus according to the second embodiment. FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a thickness distribution measuring unit in the surface shape measuring apparatus according to the second embodiment. FIG. 14 is a diagram for explaining a method of obtaining the other surface shape based on the one surface shape and the thickness distribution in the surface shape measuring apparatus of the second embodiment.

第1実施形態における表面形状測定装置Saは、測定対象物SWである半導体ウェハSWにおける一方主面の表面形状を測定する装置であるが、第2実施形態における表面形状測定装置Sbは、前記一方主面の表面形状の測定に加えて、測定対象物SWの厚さ分布を測定し、そして、これら測定された一方主面の表面形状と厚さ分布とに基づいて前記一方主面に対向する他方主面の表面形状を求める装置である。   The surface shape measuring device Sa in the first embodiment is a device that measures the surface shape of one main surface of the semiconductor wafer SW that is the measurement object SW, but the surface shape measuring device Sb in the second embodiment is the one described above. In addition to the measurement of the surface shape of the main surface, the thickness distribution of the measurement object SW is measured, and the one main surface is opposed based on the measured surface shape and thickness distribution of the one main surface. It is an apparatus for obtaining the surface shape of the other main surface.

この第2実施形態における表面形状測定装置Sbは、第1実施形態における表面形状測定装置Saに加えて、前記厚さ分布を測定するべく、ヘテロダイン干渉法を用いることによって測定対象物SWである半導体ウェハSWの厚さ分布を測定する厚さ分布測定部をさらに備え、そして、前記他方主面の表面形状を求めるべく、光源部1は、ハーフミラ2を介して測定対象物SWの一方の表面に所定の波面を持つ測定光を照射し、波面センサ4は、測定対象物SWの一方の表面で反射した前記測定光の反射光における波面の形状を測定し、第1表面形状演算部71は、波面センサ4で測定した前記測定光の反射光における波面の形状に基づいて測定対象物SWの一方の表面における表面形状を求め、第1表面形状演算部71によって求められた測定対象物SWの一方の表面における表面形状および前記厚さ分布測定部によって測定された測定対象物SWの厚さ分布に基づいて測定対象物SWの他方の表面における表面形状を求める第2表面形状演算部76をさらに備えて構成される。   The surface shape measuring device Sb in the second embodiment is a semiconductor that is a measurement object SW by using heterodyne interferometry to measure the thickness distribution in addition to the surface shape measuring device Sa in the first embodiment. A thickness distribution measuring unit for measuring the thickness distribution of the wafer SW is further provided, and the light source unit 1 is provided on one surface of the measuring object SW via the half mirror 2 in order to obtain the surface shape of the other main surface. Irradiating measurement light having a predetermined wavefront, the wavefront sensor 4 measures the shape of the wavefront in the reflected light of the measurement light reflected by one surface of the measurement object SW, and the first surface shape calculation unit 71 Based on the shape of the wavefront in the reflected light of the measurement light measured by the wavefront sensor 4, the surface shape on one surface of the measurement object SW is obtained and obtained by the first surface shape calculation unit 71. Second surface shape for obtaining a surface shape on the other surface of the measuring object SW based on the surface shape on one surface of the fixed object SW and the thickness distribution of the measuring object SW measured by the thickness distribution measuring unit. A calculation unit 76 is further provided.

より具体的には、第2実施形態における表面形状測定装置Sbは、図12に示すように、表面形状用測定部S1と、厚さ分布用測定部S2と、演算制御部7bとを備えて、図12に示す例では、さらに、入力部6と、出力部8と、ステージ9とを備えて構成されている。   More specifically, as shown in FIG. 12, the surface shape measuring device Sb in the second embodiment includes a surface shape measuring unit S1, a thickness distribution measuring unit S2, and an arithmetic control unit 7b. The example shown in FIG. 12 further includes an input unit 6, an output unit 8, and a stage 9.

表面形状用測定部S1は、演算制御部7bによって制御され、測定対象物SWの一方の表面形状を測定するために、測定対象物SWに測定光を照射した場合に、前記測定光の反射波における波面形状を測定するものであり、光源部1と、光路変更部2としてのハーフミラ2と、光分岐部3としてのハーフミラ3と、波面センサ4と、撮影部5とを備えて構成されている。これら表面形状用測定部S1における光源部1、ハーフミラ2、ハーフミラ3、波面センサ4および撮影部5は、第1実施形態における表面形状測定装置Saにおける光源部1、ハーフミラ2、ハーフミラ3、波面センサ4および撮影部5と同様であるので、その説明を省略する。   The surface shape measuring unit S1 is controlled by the arithmetic control unit 7b, and when measuring light is irradiated onto the measuring object SW in order to measure one surface shape of the measuring object SW, the reflected wave of the measuring light is reflected. Is configured to include a light source unit 1, a half mirror 2 as an optical path changing unit 2, a half mirror 3 as an optical branching unit 3, a wavefront sensor 4, and an imaging unit 5. Yes. The light source unit 1, the half mirror 2, the half mirror 3, the wavefront sensor 4 and the imaging unit 5 in the surface shape measuring unit S1 are the light source unit 1, the half mirror 2, the half mirror 3 and the wavefront sensor in the surface shape measuring apparatus Sa in the first embodiment. 4 and the imaging unit 5, and thus the description thereof is omitted.

厚さ分布用測定部S2は、演算制御部7bによって制御され、光ヘテロダイン干渉法を利用することによって測定対象物SWの厚さ分布を例えばナノメートルレベルやサブナノメートルレベル(1nm以下の厚さ方向の分解能)で測定するために、厚さ分布測定用測定光(第2測定光)を測定対象物SWに照射し、その反射光を測定する装置である。このような厚さ分布用測定部S2は、例えば、図13(A)に示すように、光源部10と、一面側測定部11−1と、他面側測定部11−2と、一面側位相検波部12−1と、他方面側位相検波部12−2とを備えて構成され、ステージ9によって測定対象物SWを水平方向に移動させながら測定対象物SWの厚さ分布を測定するものである。なお、図12には、厚さ分布用測定部Sにおける一面側測定部11−1および他方側測定部11−2が示されている。   The thickness distribution measurement unit S2 is controlled by the calculation control unit 7b, and the thickness distribution of the measurement object SW is changed to, for example, a nanometer level or a sub-nanometer level (thickness direction of 1 nm or less) by using the optical heterodyne interferometry. In other words, the measurement object SW is irradiated with measurement light for thickness distribution measurement (second measurement light) and the reflected light is measured. For example, as shown in FIG. 13A, the thickness distribution measuring unit S2 includes the light source unit 10, the one surface side measuring unit 11-1, the other surface side measuring unit 11-2, and the one surface side. The phase detector 12-1 and the other surface side phase detector 12-2 are configured to measure the thickness distribution of the measurement object SW while moving the measurement object SW in the horizontal direction by the stage 9. It is. Note that FIG. 12 shows the one-side measurement unit 11-1 and the other-side measurement unit 11-2 in the thickness distribution measurement unit S.

以下、厚さ分布用測定部S2の各部について説明するが、ここで、各部で多用される光部品(光学素子)について、纏めて説明する。   Hereinafter, each part of the thickness distribution measurement unit S2 will be described. Here, optical components (optical elements) frequently used in each unit will be described together.

光分岐部(optical branching device、無偏光ビームスプリッタ)は、入射光を光パワーの点で2つの光に分配してそれぞれ射出する光部品である。光分岐部は、例えば、前述のハーフミラ(半透鏡)等の微少光学素子形光分岐結合器や、溶融ファイバの光ファイバ形光分岐結合器や、光導波路形光分岐結合器等を利用することができる。光分岐部は、通常、入力端子と出力端子とを入れ替えて(逆に)使用すると、入射した2つの光を合わせて射出する光結合部として機能する。光分岐部としてハーフミラが用いられる場合、通常、この分配された一方の光は、ハーフミラを通過してそのままの方向で射出され、この分配された他方の光は、ハーフミラで反射されてこの方向と垂直な方向(直交する方向)で射出される。   An optical branching device (non-polarizing beam splitter) is an optical component that divides incident light into two lights in terms of optical power and emits them respectively. The optical branching unit uses, for example, a micro-optical element type optical branching coupler such as the above-mentioned half mirror (half mirror), an optical fiber type optical branching coupler of a molten fiber, an optical waveguide type optical branching coupler, or the like. Can do. In general, the optical branching unit functions as an optical coupling unit that emits two incident lights together when the input terminal and the output terminal are switched (reversely). When a half mirror is used as the light branching portion, usually, one of the distributed lights passes through the half mirror and is emitted in the same direction, and the other distributed light is reflected by the half mirror and is reflected in this direction. Injected in a vertical direction (orthogonal direction).

偏光ビームスプリッタ(polarization beam splitter)は、入射光から互いに直交するS偏光とP偏光とを取り出してそれぞれ射出する光部品であり、通常、この取り出された一方の光(S偏光またはP偏光)は、そのままの方向で射出され、この取り出された他方の光(P偏光またはS偏光)は、この方向と垂直な方向(直交する方向)で射出される。   A polarization beam splitter is an optical component that takes out S-polarized light and P-polarized light that are orthogonal to each other from incident light and emits them, and usually one of the extracted lights (S-polarized light or P-polarized light) The other light (P-polarized light or S-polarized light) is emitted in a direction (perpendicular to this direction) perpendicular to this direction.

偏光子(polarizer)は、入射光から所定の偏光面を持つ直線偏光を取り出して射出する光部品であり、例えば、偏光フィルタである。   A polarizer is an optical component that extracts and emits linearly polarized light having a predetermined polarization plane from incident light, and is, for example, a polarization filter.

波長板(wave plate、(位相板(phase plate))は、入射光における2つの偏光成分の間に所定の位相差(したがって光路差)を与えて射出する光部品であり、例えば、前記1/4波長板や、入射光における2つの偏光成分の間にλ/2の光路差を与える1/2波長板等である。波長板を構成する例えば複屈折性の白雲母板等の結晶板における厚さをdとし、前記結晶板における2つの偏光成分に対する屈折率をそれぞれn1、n2とし、入射光の波長をλとする場合に、この波長板による位相差は、(2π/λ)(n1−n2)dで与えられる。   A wave plate (phase plate) is an optical component that emits a predetermined phase difference (and thus an optical path difference) between two polarization components in incident light. A four-wave plate, a half-wave plate that gives an optical path difference of λ / 2 between two polarization components in incident light, etc. In a crystal plate that constitutes the wave plate, such as a birefringent muscovite plate When the thickness is d, the refractive indices for the two polarization components in the crystal plate are n1 and n2, respectively, and the wavelength of the incident light is λ, the phase difference due to this waveplate is (2π / λ) (n1 -N2) given by d.

反射鏡(ミラー、reflection mirror)は、入射光をその入射角に応じた反射角で所定の反射率で反射することによって光の進行方向を変更する光部品であり、例えば、ガラス部材の表面に金属薄膜や誘電体多層膜を蒸着したものである。反射鏡は、光のロスを低減するために、全反射する全反射鏡が好ましい。   A reflection mirror is an optical component that changes the traveling direction of light by reflecting incident light with a predetermined reflectivity at a reflection angle corresponding to the incident angle. For example, the reflection mirror is applied to the surface of a glass member. A metal thin film or a dielectric multilayer film is deposited. The reflecting mirror is preferably a total reflecting mirror that totally reflects light in order to reduce light loss.

入力端子は、光部品へ光を入射するための端子であり、また、出力端子は、光部品から光を射出するための端子である。各部間の接続には、例えばミラーやレンズ等の光学部品から構成される導光手段が用いられてもよいが、本実施形態では、各部間の接続には、後述するように、偏波保持光ファイバやマルチモード光ファイバ等の光ファイバが用いられることから、これら入力端子および出力端子には、光ファイバを接続するためのコネクタが用いられる。   The input terminal is a terminal for inputting light to the optical component, and the output terminal is a terminal for emitting light from the optical component. For the connection between the parts, a light guide means composed of optical components such as a mirror and a lens may be used. However, in this embodiment, the polarization holding is used for the connection between the parts as will be described later. Since optical fibers such as optical fibers and multimode optical fibers are used, connectors for connecting optical fibers are used for these input terminals and output terminals.

以下、厚さ分布用測定部S2の各部について説明する。まず、光源部10について説明する。光源部10は、所定の可干渉光であって、測定対象物SWの厚さを光ヘテロダイン干渉法によって測定するための第2測定光を生成する装置である。第2測定光は、予め設定された所定の波長λ0(周波数ω0)を持つ単波長光であって、予め設定された所定の偏光面を持つ偏光である。第2測定光は、測定対象物SWを両面から光ヘテロダイン干渉法によって測定するために、2つの一面側測定光(第A測定光)および他面側測定光(第B測定光)を備えている。このような光源部10は、例えば、図13(A)に示すように、単波長レーザ光源101と、光アイソレータ102と、光分岐部103と、偏光子104、106と、出力端子105、107とを備えて構成される。   Hereinafter, each part of the thickness distribution measurement unit S2 will be described. First, the light source unit 10 will be described. The light source unit 10 is a device that generates predetermined coherent light and generates second measurement light for measuring the thickness of the measurement object SW by optical heterodyne interferometry. The second measurement light is single-wavelength light having a predetermined wavelength λ0 (frequency ω0) set in advance, and is polarized light having a predetermined polarization plane set in advance. The second measurement light includes two one-surface-side measurement light (A-th measurement light) and another-surface-side measurement light (B-th measurement light) in order to measure the measurement object SW from both surfaces by optical heterodyne interferometry. Yes. Such a light source unit 10 includes, for example, a single wavelength laser light source 101, an optical isolator 102, an optical branching unit 103, polarizers 104 and 106, and output terminals 105 and 107, as shown in FIG. And is configured.

単波長レーザ光源101は、予め設定された所定の波長λ0(周波数ω0)を持つ単波長レーザ光を発生する装置であり、種々のレーザ装置を用いることができるが、例えば、所定の光パワーで波長約632.8nmのレーザ光を出力することができるヘリウムネオンレーザ装置(He−Neレーザ装置)等である。単波長レーザ光源101は、波長ロッカ等を備えた周波数安定化レーザ装置が好ましい。光アイソレータ102は、その入力端子からその出力端子へ一方向のみに光を透過させる光部品である。光アイソレータ102は、単波長レーザ光源101のレーザ発振を安定させるために、厚さ分布用測定部S2内における各光部品(光学素子)の接続部等で生じる反射光(戻り光)が単波長レーザ光源101に入射することを防止するものである。   The single-wavelength laser light source 101 is a device that generates a single-wavelength laser beam having a predetermined wavelength λ0 (frequency ω0) set in advance, and various laser devices can be used. A helium neon laser device (He-Ne laser device) that can output laser light having a wavelength of about 632.8 nm. The single wavelength laser light source 101 is preferably a frequency stabilized laser device provided with a wavelength locker or the like. The optical isolator 102 is an optical component that transmits light only in one direction from its input terminal to its output terminal. In the optical isolator 102, in order to stabilize the laser oscillation of the single-wavelength laser light source 101, the reflected light (return light) generated at the connection part of each optical component (optical element) in the thickness distribution measurement unit S2 is a single wavelength. This prevents the light from entering the laser light source 101.

このような光源部10では、単波長レーザ光源101から射出されたレーザ光は、光アイソレータ102を介して光分岐部103に入射され、第1レーザ光および第2レーザ光の2つに分配される。第1レーザ光は、偏光子104に入射され、所定の偏光面を持つレーザ光の一面側測定光となって、出力端子105から射出される。この一面側測定光は、一面側測定部11−1に入射される。一方、第2レーザ光は、偏光子106に入射され、所定の偏光面を持つレーザ光の他面側測定光となって、出力端子107から射出される。この他面側測定光は、他面側測定部11−2に入射される。   In such a light source unit 10, the laser light emitted from the single wavelength laser light source 101 enters the optical branching unit 103 via the optical isolator 102 and is distributed to the first laser beam and the second laser beam. The The first laser light is incident on the polarizer 104 and is emitted from the output terminal 105 as measurement light on one side of the laser light having a predetermined polarization plane. The one-surface measurement light is incident on the one-surface measurement unit 11-1. On the other hand, the second laser light is incident on the polarizer 106 and is emitted from the output terminal 107 as measurement light on the other side of the laser light having a predetermined polarization plane. This other side measurement light is incident on the other side measurement unit 11-2.

ここで、説明の便宜上、測定対象物SWの一方面(図13に示す例では上側の面(上面))を「A面」と呼称することとし、測定対象物SWの、A面と表裏の関係にある他方面(図13に示す例では下側の面(下面))を「B面」と呼称することとする。本実施形態では、前記一面側測定光は、測定対象物SWのA面を光ヘテロダイン干渉法によって測定するために用いられ、前記他面側測定光は、測定対象物SWのB面を光ヘテロダイン干渉法によって測定するために用いられる。   Here, for convenience of explanation, one surface of the measurement object SW (upper surface (upper surface) in the example shown in FIG. 13) will be referred to as “A surface”, and the measurement object SW has the A surface and the front and back surfaces. The other surface (the lower surface (lower surface) in the example shown in FIG. 13) is referred to as “B surface”. In the present embodiment, the one-surface-side measurement light is used to measure the A-plane of the measurement object SW by optical heterodyne interferometry, and the other-surface-side measurement light is an optical heterodyne on the B-surface of the measurement object SW. Used to measure by interferometry.

光源部10と一面側測定部11−1との接続、および、光源部10と他面側測定部11−2との接続には、光源部10および一面側測定部11−1間の光路長と、光源部10および他面側測定部11−2間の光路長との調整を容易にする観点から、本実施形態では、それぞれ、光をその偏波面を保持しながら導光する偏波保持光ファイバOF(OF−1、OF−2)が用いられる。偏波保持光ファイバは、例えば、PANDAファイバや楕円コア光ファイバ等である。光源部10の出力端子105から射出した一面側測定光は、偏波保持光ファイバOF−1によって導光され、一面側測定部11−1へ入射し、光源部10の出力端子107から射出した他面側測定光は、偏波保持光ファイバOF−2によって導光され、他面側測定部11−2へ入射する。   The optical path length between the light source unit 10 and the one-surface side measuring unit 11-1 is used for the connection between the light source unit 10 and the one-surface side measuring unit 11-1 and the connection between the light source unit 10 and the other-surface-side measuring unit 11-2. From the viewpoint of facilitating the adjustment with the optical path length between the light source unit 10 and the other surface side measurement unit 11-2, in the present embodiment, each of the polarization maintaining units guides light while maintaining its polarization plane. Optical fiber OF (OF-1, OF-2) is used. The polarization maintaining optical fiber is, for example, a PANDA fiber or an elliptical core optical fiber. The one-surface measurement light emitted from the output terminal 105 of the light source unit 10 is guided by the polarization maintaining optical fiber OF-1, enters the one-surface measurement unit 11-1, and exits from the output terminal 107 of the light source unit 10. The other-surface measurement light is guided by the polarization maintaining optical fiber OF-2 and enters the other-surface measurement unit 11-2.

次に、一面側測定部11−1および他方側測定部11−2について説明するが、これらは、同一の構成であるので、ここでは、一面側測定部11−1を以下に説明し、他方側測定部11−2の説明を省略する。   Next, although the one surface side measurement part 11-1 and the other side measurement part 11-2 are demonstrated, since these are the same structures, here, the one surface side measurement part 11-1 is demonstrated below, and the other The description of the side measurement unit 11-2 is omitted.

一面側測定部(第A測定部)11−1は、光源部10からの一面側測定光が入射され、一面側測定光を用いた光ヘテロダイン干渉法によって測定対象物WAにおけるA面でのビート光信号を得る装置である。   The one-surface measurement unit (A measurement unit) 11-1 receives the one-surface measurement light from the light source unit 10, and beats on the A surface of the measurement object WA by optical heterodyne interferometry using the one-surface measurement light. An apparatus for obtaining an optical signal.

より具体的には、一面側測定部11−1は、測定対象物SWのA面に対向配置され、光源部10からの一面側測定光(第A測定光)を第1一面側測定光(第A1測定光)と第2一面側測定光(第A2測定光)とにさらに分け、光ヘテロダイン干渉によって、前記分けられた第1一面側測定光における測定対象物SWのA面に照射されて反射された照射後一面側測定光(第A照射後測定光)と前記分けられた第2一面側測定光とを干渉させた照射後一面側干渉光(第A照射後干渉光)を生成するとともに、光ヘテロダイン干渉によって、前記分けられた第1一面側測定光における測定対象物SWのA面に照射される前の照射前一面側測定光(第A照射前測定光)と前記分けられた第2一面側測定光とを干渉させた照射前一面側干渉光(第A照射前干渉光)を生成する測定光学系である。このような構成の他面側測定部11−1では、照射前一面側干渉光を基準に、照射後一面側干渉光における各位相がそれぞれ測定され得る。   More specifically, the one-surface-side measuring unit 11-1 is arranged to face the A-surface of the measurement object SW, and the one-surface-side measuring light (A-th measuring light) from the light source unit 10 is used as the first one-surface-side measuring light ( The first A1 measurement light) and the second one-surface measurement light (A2 measurement light) are further divided, and are irradiated onto the A surface of the measurement object SW in the divided first one-side measurement light by optical heterodyne interference. A post-irradiation one-side interference light (interfering light after the A-th irradiation) is generated by causing the reflected post-irradiation one-surface measurement light (post-A-irradiation measurement light) to interfere with the divided second one-surface measurement light. In addition, by the optical heterodyne interference, the divided one-side measurement light before irradiation (measurement light before the A-th irradiation) before being irradiated onto the A surface of the measurement object SW in the divided first one-side measurement light is divided. Pre-irradiation one-side interference light (the A-th irradiation) that interferes with the second one-side measurement light Interference light) is measured optical system for generating. In the other surface side measuring unit 11-1 having such a configuration, each phase in the one surface side interference light after irradiation can be measured on the basis of the one surface side interference light before irradiation.

さらに、より具体的には、一面側測定部11−1は、測定対象物SWのA面に対向配置され、一面側測定光から、互いに周波数の異なる2つの第1および第2一面側測定光を生成し、この2つの第1一面側測定光と第2一面側測定光とを干渉(光ヘテロダイン干渉)させ、それらの差の周波数を持つビート光信号を生成する光ヘテロダイン干渉計であり、一面側測定光から第1および第2一面側測定光が生成されてから第1一面側測定光と第2一面側測定光とが干渉されるまでの間に、第1一面側測定光が測定対象物SWのA面に照射され反射される第1一面側光路および第1一面側測定光が測定対象物SWのA面に照射されない第2一面側光路を含む測定光学系である。   More specifically, the one-surface measurement unit 11-1 is disposed opposite to the surface A of the measurement object SW, and two first and second one-surface measurement lights having different frequencies from the one-surface measurement light. An optical heterodyne interferometer that generates a beat optical signal having a frequency of a difference between the first first-surface-side measurement light and the second first-surface-side measurement light (optical heterodyne interference). The first one-side measurement light is measured after the first and second one-side measurement light is generated from the one-side measurement light and before the first one-side measurement light and the second one-side measurement light interfere with each other. This is a measurement optical system including a first one-surface-side optical path that is irradiated and reflected on the A-plane of the object SW and a second one-surface-side optical path that is not irradiated to the A-plane of the measurement object SW.

このような一面側測定部11−1は、例えば、図13(B)に示すように、入力端子11aと、光分岐部11b、11f、11h、11i、11mと、偏光ビームスプリッタ11lと、光波長シフタ11d、11eと、反射鏡11c、11gと、1/4波長板11pと、レンズ11gと、偏光板11j、11nと、出力端子11k、11oとを備えて構成される。   For example, as shown in FIG. 13B, the one-surface measurement unit 11-1 includes an input terminal 11a, optical branching units 11b, 11f, 11h, 11i, and 11m, a polarization beam splitter 11l, Wavelength shifters 11d and 11e, reflecting mirrors 11c and 11g, a quarter wavelength plate 11p, a lens 11g, polarizing plates 11j and 11n, and output terminals 11k and 11o are provided.

このような構成の一面側測定部11−1では、光源部10から偏波保持光ファイバOF−1を介して入力端子11aに入射された一面側測定光は、光分岐部11bに入射され、第1一面側測定光および第2一面側測定光の2つに分配される。第1一面側測定光は、そのままの方向(光分岐部11bにおいて、入射光の進行方向と射出光の進行方向とが同じ)で進行する一方、第2一面側測定光は、第1一面側測定光の進行方向に対し直交する方向(垂直な方向)へ進行する。第1一面側測定光は、光波長シフタ11dcに入射され、その波長(周波数)がシフト(変更)され、第2一面側測定光は、反射鏡11cを介して光波長シフタ11eに入射され、その波長(周波数)がシフト(変更)される。   In the one-surface measurement unit 11-1 having such a configuration, the one-surface measurement light incident on the input terminal 11a from the light source unit 10 via the polarization maintaining optical fiber OF-1 is incident on the optical branching unit 11b. The first one-side measuring light and the second one-side measuring light are distributed. The first one-surface-side measurement light travels in the same direction (in the light branching section 11b, the traveling direction of the incident light and the traveling direction of the emitted light are the same), while the second one-surface-side measuring light is the first one-surface side. The light travels in a direction (perpendicular direction) perpendicular to the traveling direction of the measurement light. The first one-side measurement light is incident on the optical wavelength shifter 11dc, the wavelength (frequency) is shifted (changed), and the second one-side measurement light is incident on the optical wavelength shifter 11e via the reflecting mirror 11c, The wavelength (frequency) is shifted (changed).

また、光分岐部11bから射出された第2一面側測定光は、本実施形態では光分岐部11bによって第1一面側測定光の進行方向に対し直交する方向へ進行するが、反射鏡11cによってその進行方向が直角に曲げられ、第1一面側測定光の進行方向と揃えられる。このように反射鏡11cは、光分岐部11bから射出された第1一面側測定光の進行方向と第2一側測定光の進行方向とを揃えるために設けられている。   In addition, the second one-side measurement light emitted from the light branching unit 11b travels in a direction orthogonal to the traveling direction of the first one-side measurement light by the light branching unit 11b in this embodiment, but is reflected by the reflecting mirror 11c. The traveling direction is bent at a right angle, and aligned with the traveling direction of the first one-side measuring light. Thus, the reflecting mirror 11c is provided to align the traveling direction of the first one-side measurement light emitted from the light branching portion 11b with the traveling direction of the second one-side measurement light.

波長シフタ11dから射出された第1一面側測定光(波長シフト後の第1一面側測定光)は、光分岐部11hに入射され、第11一面側測定光(第A11測定光)および第12一面側測定光(第A12測定光)の2つに分配される。この第11一面側測定光は、そのままの方向で進行する一方、第12一面側測定光は、第11一面側測定光の進行方向に対し直交する方向へ進行する。また、波長シフタ11eから射出された第2一面側測定光(波長シフト後の第1一面側測定光)は、光分岐部11fに入射され、第21一面側測定光(第A21測定光)および第22一面側測定光(第A22測定光)の2つに分配される。この第21一面側測定光は、そのままの方向で進行する一方、第22一面側測定光は、第21一面側測定光の進行方向に対し直交する方向へ進行する。   The first one-surface measurement light (the first one-surface measurement light after the wavelength shift) emitted from the wavelength shifter 11d is incident on the light branching unit 11h, and the eleventh one-surface measurement light (the A11 measurement light) and the twelfth light. It is distributed to two of the one-surface-side measurement light (A12th measurement light). The eleventh one-surface measurement light travels in the same direction, while the twelfth one-surface measurement light travels in a direction orthogonal to the traveling direction of the eleventh one-surface measurement light. In addition, the second one-surface measurement light (the first one-surface measurement light after the wavelength shift) emitted from the wavelength shifter 11e is incident on the optical branching unit 11f, and the twenty-first 21-surface measurement light (the A21 measurement light) and It is distributed to two of the 22nd one side measurement light (A22th measurement light). The twenty-first surface-side measuring light travels in the same direction, while the twenty-first surface-side measuring light travels in a direction orthogonal to the traveling direction of the twenty-first surface-side measuring light.

第12一面側測定光は、照射前一面側測定光であり、光分岐部11iに入射され、第22一面側測定光は、反射鏡11gを介して光分岐部11iに入射される。そして、この光分岐部11iに入射された第12一面側測定光と第22一面側測定光とは、光分岐部11iで光が合わされて光ヘテロダイン干渉を行い、そのビート光信号が偏光板11jを介して照射前一面側干渉光として出力端子11kから射出される。ここでは、光分岐部11iは、光結合部として機能している。この出力端子11kから射出されたビート光信号の照射前一面側干渉光は、一方面側位相検波部12−1に入射される。   The twelfth one-surface measurement light is the pre-irradiation one-surface measurement light and is incident on the light branching portion 11i, and the twenty-first surface-side measurement light is incident on the light branching portion 11i via the reflecting mirror 11g. The twelfth one-side measurement light and the twenty-first one-side measurement light incident on the light branching portion 11i are combined by the light branching portion 11i to cause optical heterodyne interference, and the beat light signal is converted into the polarizing plate 11j. Is emitted from the output terminal 11k as one-side interference light before irradiation. Here, the optical branching unit 11i functions as an optical coupling unit. The pre-irradiation one-side interference light of the beat light signal emitted from the output terminal 11k is incident on the one-side phase detector 12-1.

第11一面側測定光は、偏光ビームスプリッタ11lを介して1/4波長板11pに入射され、レンズ11qで集光され、測定対象物SWのA面に照射される。そして、この測定対象物SWのA面で反射された第11一面側測定光は、照射後一面側測定光として、再び、レンズ11qに入射され、そして、1/4波長板11pに入射される。したがって、この1/4波長板11pの存在によって、偏光ビームスプリッタ11lから測定対象物SWのA面に照射される第11一面側測定光における偏光状態(例えばP偏光またはS偏光)と、測定対象物SWのA面で反射して偏光ビームスプリッタ11lに入射される第11一面側測定光における偏光状態(例えばS偏光またはP偏光)とが互いに入れ替わることになる。このため、光分岐部11hから偏光ビームスプリッタ11lに入射された第11一面側測定光は、偏光ビームスプリッタ11lを測定対象物SWのA面に向かって通過する一方、測定対象物SWのA面からレンズ11qおよび1/4波長板11pを介して偏光ビームスプリッタ11lに入射した第11一面側測定光(照射後一面側測定光)は、所定の方向、本実施形態では、前記第11一面側測定光(照射後一面側測定光)が測定対象物SWのA面から偏光ビームスプリッタ11lへ向かう方向に対し直交する方向に反射される。   The eleventh one-surface measurement light is incident on the quarter-wave plate 11p via the polarization beam splitter 11l, collected by the lens 11q, and irradiated onto the A surface of the measurement object SW. Then, the eleventh one-surface measurement light reflected by the A surface of the measurement object SW is again incident on the lens 11q as one-surface measurement light after irradiation, and then incident on the quarter-wave plate 11p. . Therefore, due to the presence of the quarter-wave plate 11p, the polarization state (for example, P-polarized light or S-polarized light) in the eleventh one-side measurement light irradiated from the polarization beam splitter 11l to the A surface of the measurement object SW, and the measurement object The polarization state (for example, S-polarized light or P-polarized light) in the eleventh one-side measurement light reflected by the A surface of the object SW and incident on the polarization beam splitter 11l is interchanged. Therefore, the eleventh one-surface measurement light incident on the polarization beam splitter 11l from the light branching unit 11h passes through the polarization beam splitter 11l toward the A surface of the measurement object SW, while the A surface of the measurement object SW. The eleventh one-side measurement light (post-irradiation one-side measurement light) incident on the polarization beam splitter 11l through the lens 11q and the quarter-wave plate 11p from a first lens 11q in a predetermined direction, in this embodiment, the eleventh one-side Measurement light (one-surface measurement light after irradiation) is reflected in a direction orthogonal to the direction from the A surface of the measurement object SW toward the polarization beam splitter 11l.

偏光ビームスプリッタ11lから射出された第11一面側測定光(照射後一面側測定光)は、光分岐部11mに入射される。光分岐部11mには、光分岐部11fで分配された第21一面側測定光も、入射される。そして、この光分岐部11fに入射された第11一面側測定光(照射後一面側測定光)と第21一面側測定光とは、光分岐部11mで各光が合わされて光ヘテロダイン干渉を行い、そのビート光信号が偏光板11nを介して照射後一面側干渉光として出力端子11oから射出される。ここでは、光分岐部11mは、光結合部として機能している。この出力端子11oから射出されたビート光信号の照射後一面側干渉光は、一面側位相検波部12−1に入射される。   The eleventh one-side measurement light (post-irradiation one-side measurement light) emitted from the polarization beam splitter 11l enters the light branching unit 11m. The 21st one-side measurement light distributed by the light branching part 11f is also incident on the light branching part 11m. The eleventh one-side measurement light (post-irradiation one-side measurement light) and the twenty-first one-side measurement light incident on the light branching portion 11f are combined in the light branching portion 11m to cause optical heterodyne interference. The beat light signal is emitted from the output terminal 11o as one-side interference light after irradiation through the polarizing plate 11n. Here, the optical branching part 11m functions as an optical coupling part. The one-side interference light after irradiation of the beat light signal emitted from the output terminal 11o is incident on the one-side phase detection unit 12-1.

そして、一面側測定部11−1と他面側測定部11−2とは、測定対象物SWのA面における測定箇所(測定位置)とそのB面における測定箇所(測定位置)とが表裏関係で以て同じ位置となるように、配置される。すなわち、測定対象物SWの厚さ方向をZ軸とし、前記厚さ方向に直交する水平面内における互いに直交する2方向をそれぞれX軸およびY軸とする直交XYZ座標系を設定する場合に、第11一面側測定光が測定対象物SWのA面に照射される箇所のX座標値およびY座標値が、第11他面側測定光が測定対象物SWのB面に照射される箇所のX座標値およびY座標値と一致するように、正対配置される。   And the one surface side measurement part 11-1 and the other surface side measurement part 11-2 are front and back relation between the measurement location (measurement position) in the A surface of the measurement object SW and the measurement location (measurement position) in the B surface. Therefore, they are arranged so as to be in the same position. That is, when setting an orthogonal XYZ coordinate system in which the thickness direction of the measurement object SW is the Z-axis and the two orthogonal directions in the horizontal plane orthogonal to the thickness direction are the X-axis and the Y-axis, respectively, 11 The X coordinate value and the Y coordinate value of the portion where the one-surface measurement light is irradiated on the A surface of the measurement object SW are the X coordinate values of the portion where the eleventh other-surface measurement light is irradiated on the B surface of the measurement object SW. The face-to-face arrangement is made to coincide with the coordinate value and the Y coordinate value.

次に、一面側位相検波部(第A位相検波部)12−1および他方側位相検波部(第B位相検波部)12−2について説明するが、これらは、同一の構成であるので、ここでは、一面側位相検波部12−1を以下に説明し、他方側位相検波部12−2の説明を省略する。   Next, the one-side phase detection unit (A-th phase detection unit) 12-1 and the other-side phase detection unit (B-th phase detection unit) 12-2 will be described. The one-side phase detection unit 12-1 will be described below, and the description of the other-side phase detection unit 12-2 will be omitted.

一面側位相検波部12−1は、一面側測定部11−1によって得られた照射後一面側干渉光と照射前一面側干渉光との間における各位相差△Φ2を検出するための装置である。より具体的には、このような一方面側位相検波部12−1は、例えば、図13(A)に示すように、光電変換部121、124と、増幅器122、125と、位相検波器126と、シールド板123とを備えて構成される。   The one-surface-side phase detection unit 12-1 is a device for detecting each phase difference ΔΦ2 between the post-irradiation one-surface interference light and the pre-irradiation one-surface interference light obtained by the one-surface measurement unit 11-1. . More specifically, such a one-side phase detector 12-1 includes, for example, photoelectric converters 121 and 124, amplifiers 122 and 125, and a phase detector 126 as shown in FIG. And a shield plate 123.

光電変換部121は、例えばホトダイオード等の光電変換素子を備えて構成され、一面側測定部11−1からの照射前一面側干渉光をマルチモード光ファイバおよび図略の入力端子を介して受光して、その光量に応じた信号レベルの電気信号を一面側参照ビート信号(第A参照ビート信号)Ref1として出力するものである。光電変換部124は、例えばホトダイオード等の光電変換素子を備えて構成され、一面側測定部11−1からの照射後一面側干渉光をマルチモード光ファイバおよび図略の入力端子を介して受光して、その光量に応じた信号レベルの電気信号を一面側測定ビート信号(第A測定ビート信号)Sig1として出力するものである。   The photoelectric conversion unit 121 includes a photoelectric conversion element such as a photodiode, for example, and receives pre-irradiation one-side interference light from the one-side measurement unit 11-1 via a multimode optical fiber and an input terminal (not shown). Thus, an electrical signal having a signal level corresponding to the amount of light is output as a one-side reference beat signal (Ath reference beat signal) Ref1. The photoelectric conversion unit 124 includes a photoelectric conversion element such as a photodiode, for example, and receives post-irradiation one-side interference light from the one-side measurement unit 11-1 via a multimode optical fiber and an input terminal (not shown). Thus, an electric signal having a signal level corresponding to the amount of light is output as one-surface measurement beat signal (Ath measurement beat signal) Sig1.

増幅器122は、信号増幅用のアンプであり、光電変換部121からの一面側参照ビート信号Ref1を所定のゲインで増幅し、位相検波器126へ出力する。増幅器1245は、信号増幅用のアンプであり、光電変換部124からの一面側測定ビート信号Sig1を所定のゲインで増幅し、位相検波器126へ出力する。   The amplifier 122 is a signal amplifying amplifier, amplifies the one-side reference beat signal Ref1 from the photoelectric conversion unit 121 with a predetermined gain, and outputs the amplified signal to the phase detector 126. The amplifier 1245 is an amplifier for signal amplification, amplifies the one-surface measurement beat signal Sig1 from the photoelectric conversion unit 124 with a predetermined gain, and outputs the amplified signal to the phase detector 126.

シールド板123は、光電変換部121から位相検波器126に至る信号伝送路と、光電変換部124から位相検波器126に至る信号伝送路との間に配置された例えば金属製の板であり、一方の信号伝送路で発生した電磁波の不要輻射が他方の信号伝送路へ及ぼす影響を低減し、これら信号伝送路間のクロストークを防止するためのものである。   The shield plate 123 is, for example, a metal plate disposed between a signal transmission path from the photoelectric conversion unit 121 to the phase detector 126 and a signal transmission path from the photoelectric conversion unit 124 to the phase detector 126. This is for reducing the influence of unnecessary radiation of electromagnetic waves generated in one signal transmission path on the other signal transmission path and preventing crosstalk between these signal transmission paths.

位相検波器126は、入力信号間の位相を検出する装置であり、光電変換部121から増幅器122を介して一面側参照ビート信号Ref1が入力され、光電変換部124から増幅器125を介して一面側測定ビート信号Sig1が入力され、これら一面側参照ビート信号Ref1と一面側測定ビート信号Sig1との間における位相差△Φ2を検出する。   The phase detector 126 is a device that detects the phase between input signals. The one-surface reference beat signal Ref1 is input from the photoelectric conversion unit 121 via the amplifier 122, and the one-surface side from the photoelectric conversion unit 124 via the amplifier 125. The measurement beat signal Sig1 is input, and the phase difference ΔΦ2 between the one-surface reference beat signal Ref1 and the one-surface measurement beat signal Sig1 is detected.

そして、一面側位相検波部12−1は、この検出した位相差△Φ2を演算制御部7bへ出力する。同様に、他面側位相検波部12−2では、光電変換部121から増幅器122を介して他面側参照ビート信号Ref2が入力され、光電変換部124から増幅器125を介して他面側測定ビート信号Sig2が入力され、これら他面側参照ビート信号Ref2と他面側測定ビート信号Sig2との間における位相差△Φ1が検出され、他面側位相検波部12−2は、この検出した位相差△Φ1を演算制御部7bへ出力する。   Then, the single-side phase detection unit 12-1 outputs the detected phase difference ΔΦ2 to the calculation control unit 7b. Similarly, in the other surface side phase detection unit 12-2, the other surface side reference beat signal Ref2 is input from the photoelectric conversion unit 121 via the amplifier 122, and the other surface side measurement beat is transmitted from the photoelectric conversion unit 124 via the amplifier 125. The signal Sig2 is input, the phase difference ΔΦ1 between the other-surface-side reference beat signal Ref2 and the other-surface-side measured beat signal Sig2 is detected, and the other-surface-side phase detector 12-2 detects the detected phase difference. ΔΦ1 is output to the calculation control unit 7b.

このように第2実施形態における表面形状測定装置Sbは、測定対象物SWの厚さを測定するために、測定対象物SWの両面から第2測定光が照射され、その反射光が測定される。このため、ステージ9は、例えば、図12に示すように、測定対象物SWの振動による影響を受けることなく、測定対象物SWの測定箇所MPにおける表面形状および厚さを高精度にかつ高速に測定することができるように、中央部材から径方向に延びる3個のアーム部材を備え、前記アーム部材の先端で、半導体ウェハSW等の円盤状の測定対象物SWをその縁部(エッジ領域)において円周上の3箇所で3点支持する支持部9dと、支持部9dの前記中央部材に連結される回転軸9aと、回転軸9aを回転駆動する回転駆動部9bと、回転駆動部9bを所定の移動範囲内で直線移動する直線駆動部9cとを備えている。これら回転駆動部9bや直線駆動部9cは、例えばサーボモータ等のアクチュエータや減速ギヤ等の駆動機構を備えて構成される。   As described above, the surface shape measuring apparatus Sb in the second embodiment irradiates the second measuring light from both surfaces of the measuring object SW and measures the reflected light in order to measure the thickness of the measuring object SW. . For this reason, for example, as shown in FIG. 12, the stage 9 is not affected by the vibration of the measurement object SW, and the surface shape and thickness of the measurement point MP of the measurement object SW can be accurately and rapidly increased. In order to be able to measure, three arm members extending in the radial direction from the central member are provided, and a disc-shaped measurement object SW such as a semiconductor wafer SW is provided at the edge (edge region) at the tip of the arm member. 9d, a support portion 9d supporting three points on the circumference, a rotation shaft 9a connected to the central member of the support portion 9d, a rotation drive portion 9b for rotating the rotation shaft 9a, and a rotation drive portion 9b And a linear drive unit 9c that linearly moves within a predetermined movement range. The rotation drive unit 9b and the linear drive unit 9c are configured to include an actuator such as a servo motor and a drive mechanism such as a reduction gear.

このような構成のステージ9では、測定対象物SWが支持部9dにおける3個のアーム部材の各先端に載せられて支持部9dによって3点支持される。そして、このように測定対象物SWがステージ9に載置された場合に、測定対象物SWのA面およびB面が一面側測定部11−1および他面側測定部11−2によって測定することができるように、ステージ9が一面側測定部11−1および他面側測定部11−2の配置位置に対して配設される。   In the stage 9 having such a configuration, the measurement object SW is placed on the tips of the three arm members in the support portion 9d and supported by the support portion 9d at three points. When the measurement object SW is placed on the stage 9 as described above, the A surface and the B surface of the measurement object SW are measured by the one surface side measurement unit 11-1 and the other surface side measurement unit 11-2. The stage 9 is arranged with respect to the arrangement position of the one-surface side measurement unit 11-1 and the other-surface side measurement unit 11-2 so that the measurement can be performed.

そして、このような構成のステージ9では、演算制御部7bの制御に従って回転駆動部9bが回転することで、回転軸9aを介して支持部9dが回転し、測定対象物SWが回転軸9a(支持部9dの中央部材)を中心に回転する。そして、演算制御部7bの制御に従って直線駆動部9cが回転駆動部9bを直線移動することで、測定対象物SWが径方向に沿って移動する。このような回転駆動部9bによる測定対象物SWの回転移動と、直線駆動部9cによる測定対象物SWの直線方向の移動とを併用することによって、ステージ9の移動範囲内において測定対象物SWの所望の測定箇所MPを測定することができる。   And in the stage 9 of such a structure, the rotation drive part 9b rotates according to control of the calculation control part 7b, the support part 9d rotates via the rotating shaft 9a, and the measuring object SW rotates to the rotating shaft 9a ( The support member 9d rotates around the center member). And the measuring object SW moves along a radial direction because the linear drive part 9c linearly moves the rotational drive part 9b according to control of the calculation control part 7b. By using such a rotational movement of the measurement object SW by the rotation drive unit 9b and a movement of the measurement object SW in the linear direction by the linear drive unit 9c, the measurement object SW is moved within the movement range of the stage 9. A desired measurement point MP can be measured.

演算制御部7bは、表面形状測定装置Saの各部を当該機能に応じて制御する回路であり、測定対象物SWの一方の表面における表面形状を波面形状用測定部S1における波面センサ4の出力に基づいて求め、測定対象物SWの厚さ分布を厚さ分布用測定部S2の出力に基づいて求め、これら求められた測定対象物SWの一方の表面における表面形状および測定対象物SWの厚さ分布に基づいて測定対象物SWの他方の表面における表面形状を求めるものである。演算制御部7bは、演算制御部7aと同様に、例えば、マイクロコンピュータ等によって構成され、機能的に、第1表面形状演算部71と、座標位置演算部72と、全表面形状演算部73と、制御部74bと、厚さ分布演算部75と、第2表面形状演算部76とを備えている。   The arithmetic control unit 7b is a circuit that controls each part of the surface shape measuring device Sa according to the function, and uses the surface shape on one surface of the measurement object SW as the output of the wavefront sensor 4 in the wavefront shape measuring unit S1. The thickness distribution of the measurement object SW is obtained based on the output of the thickness distribution measuring unit S2, and the surface shape on the one surface of the measurement object SW and the thickness of the measurement object SW are obtained. The surface shape of the other surface of the measuring object SW is obtained based on the distribution. Similar to the calculation control unit 7a, the calculation control unit 7b is configured by, for example, a microcomputer and functionally includes a first surface shape calculation unit 71, a coordinate position calculation unit 72, and a total surface shape calculation unit 73. , A control unit 74b, a thickness distribution calculation unit 75, and a second surface shape calculation unit 76.

これら演算制御部7bにおける第1表面形状演算部71、座標位置演算部72および全表面形状演算部73は、第1実施形態の表面形状測定装置Saの演算制御部7aにおける第1表面形状演算部71、座標位置演算部72および全表面形状演算部73と同様であるので、その説明を省略する。   The first surface shape calculation unit 71, the coordinate position calculation unit 72, and the total surface shape calculation unit 73 in the calculation control unit 7b are the first surface shape calculation unit in the calculation control unit 7a of the surface shape measurement apparatus Sa of the first embodiment. 71, since it is the same as the coordinate position calculation unit 72 and the entire surface shape calculation unit 73, description thereof is omitted.

厚さ分布演算部75は、一面側測定部11−1によって生成された照射前一面側干渉光および照射後一面側干渉光を一面側位相検波部12−1で位相検波することによって得られた位相差△Φ2と、他面側測定部11−2によって生成された照射前他面側干渉光および照射後他面側干渉光を他方面側位相検波部12−2で位相検波することによって得られた位相差△Φ1との差分(△Φ2−△Φ1)に基づいて、測定対象物SWにおけるA面からB面までの距離を測定対象物WAの厚さとして求める。この差分(△Φ2−△Φ1)は、測定対象物SWの厚さに関する値であり、一面側測定光の波長および他面側測定光の波長とが等しいとの近似の下に、一面側測定光の波長をλとする場合に、測定対象物SWの厚さDは、例えば、D=(△Φ1+△Φ2)×(λ/2)/(2π)によって求められる。前記式の符号(△Φ1と△Φ2との間の符号)は、光学系によって正負いずれもとることができ、通常、一面側測定部11−1および他面側測定部11−2を対称に作った(構成した)場合には、正(+)となる。なお、本実施形態では、一面側と他面側との第2測定光は、同じ光源からの光を分岐したものであり、一面側と他面側との第2測定光の波長は、一致している。そして、A面側の一面側位相検波部12−1およびB面側の他面側位相検波部12−2は、演算制御部7bにおける制御部74bの制御に従って同期され、同期した(同じタイミングで)前記位相検波を行う。これにより、前記差分(△Φ2−△Φ1)は、測定対象物SWの振動による影響を受けることなく、測定対象物SWの厚さを測定することができる。このような測定対象物SWの厚さの測定が測定対象物SWの各測定箇所MPについて行われ、これによって厚さ分布演算部75は、測定対象物SWの厚さ分布を求める。   The thickness distribution calculation unit 75 is obtained by phase-detecting the pre-irradiation single-side interference light and post-irradiation single-side interference light generated by the single-surface side measurement unit 11-1 by the single-surface phase detection unit 12-1. Obtained by phase detection of the phase difference ΔΦ2 and the pre-irradiation other-side interference light and post-irradiation other-side interference light generated by the other-surface-side measurement unit 11-2 by the other-surface-side phase detection unit 12-2. Based on the difference (ΔΦ2−ΔΦ1) from the obtained phase difference ΔΦ1, the distance from the A surface to the B surface of the measurement object SW is obtained as the thickness of the measurement object WA. This difference (ΔΦ2−ΔΦ1) is a value related to the thickness of the measurement object SW, and is measured on the one side side under the approximation that the wavelength of the one side measurement light and the wavelength of the other side measurement light are equal. When the wavelength of light is λ, the thickness D of the measurement object SW is obtained by, for example, D = (ΔΦ1 + ΔΦ2) × (λ / 2) / (2π). The sign of the above formula (the sign between ΔΦ1 and ΔΦ2) can be positive or negative depending on the optical system. Usually, the one-side measuring unit 11-1 and the other-side measuring unit 11-2 are symmetrical. When made (configured), it is positive (+). In this embodiment, the second measurement light on the one surface side and the other surface side is obtained by branching light from the same light source, and the wavelength of the second measurement light on the one surface side and the other surface side is one. I'm doing it. Then, the one-surface phase detection unit 12-1 on the A side and the other-surface phase detection unit 12-2 on the B surface are synchronized and synchronized according to the control of the control unit 74b in the calculation control unit 7b (at the same timing). ) Perform the phase detection. Thereby, the difference (ΔΦ2−ΔΦ1) can measure the thickness of the measurement object SW without being affected by the vibration of the measurement object SW. Such a measurement of the thickness of the measurement object SW is performed for each measurement point MP of the measurement object SW, whereby the thickness distribution calculation unit 75 obtains the thickness distribution of the measurement object SW.

このように厚さ分布演算部75は、各測定箇所MPについて、一面側位相検波部12−1から入力された位相差△Φ2および他面側位相検波部12−2から入力された位相差△Φ1に基づいて測定対象物SWである半導体ウェハSWの厚さをそれぞれ求め、半導体ウェハSWの厚さ分布を求める。   As described above, the thickness distribution calculation unit 75, for each measurement point MP, the phase difference ΔΦ2 input from the one-side phase detection unit 12-1 and the phase difference Δ input from the other-side phase detection unit 12-2. Based on [Phi] 1, the thickness of the semiconductor wafer SW that is the measurement object SW is obtained, and the thickness distribution of the semiconductor wafer SW is obtained.

第2表面形状演算部76は、第1表面形状演算部71によって求められた測定対象物SWである半導体ウェハSWの一方の表面における表面形状および厚さ分布測定部75によって測定された半導体ウェハSWの厚さ分布に基づいて半導体ウェハSWの他方の表面における表面形状を求めるものである。図14に示すように、半導体ウェハSWの他方の表面における表面形状(他方表面形状h(r))は、半導体ウェハSWの一方の表面における表面形状(一方表面形状g(r))から厚さ分布f(r)を減算することによって求められる。このため、より具体的には、第2表面形状演算部76は、第1表面形状演算部71によって求められた半導体ウェハSWの一方表面形状g(r)から厚さ分布測定部75によって求められた半導体ウェハSWの厚さ分布f(r)を減算することによって半導体ウェハSWの他方表面形状h(r)を求める。なお、rは、測定対象物SWにおける所定の方向に沿って、例えば、径方向にそって設定されたR座標における座標値である。   The second surface shape calculation unit 76 is a semiconductor wafer SW measured by the surface shape and thickness distribution measurement unit 75 on one surface of the semiconductor wafer SW which is the measurement object SW obtained by the first surface shape calculation unit 71. The surface shape of the other surface of the semiconductor wafer SW is obtained on the basis of the thickness distribution. As shown in FIG. 14, the surface shape (the other surface shape h (r)) on the other surface of the semiconductor wafer SW is the thickness from the surface shape (the one surface shape g (r)) on the one surface of the semiconductor wafer SW. It is obtained by subtracting the distribution f (r). Therefore, more specifically, the second surface shape calculation unit 76 is obtained by the thickness distribution measurement unit 75 from the one surface shape g (r) of the semiconductor wafer SW obtained by the first surface shape calculation unit 71. The other surface shape h (r) of the semiconductor wafer SW is obtained by subtracting the thickness distribution f (r) of the semiconductor wafer SW. In addition, r is a coordinate value in the R coordinate set along a predetermined direction in the measurement object SW, for example, along the radial direction.

制御部74bは、光源部1、波面センサ4、撮影部5、ステージ9、光源部10、一面側測定部11−1、他面側測定部11−2、一面側位相検波部12−1および他方面側位相検波部12−2のそれぞれを当該各部の機能に応じて制御するものである。   The control unit 74b includes the light source unit 1, the wavefront sensor 4, the imaging unit 5, the stage 9, the light source unit 10, the one surface side measuring unit 11-1, the other surface side measuring unit 11-2, the one surface side phase detecting unit 12-1, and the like. Each of the other surface side phase detector 12-2 is controlled in accordance with the function of each part.

そして、表面形状用測定部S1と厚さ分布用測定部S2における一面側位相検波部12−1または他方面側位相検波部12−2とは、図12に示す例では、表面形状用測定部S1と厚さ分布用測定部S2の一面側位相検波部12−1とは、測定対象物SWである半導体ウェハSWを個々に測定することができるように、互いに離間して、半導体ウェハSWにおける同じ側、例えばA面側に配置される。   In the example shown in FIG. 12, the one-side phase detection unit 12-1 or the other-side phase detection unit 12-2 in the surface shape measurement unit S <b> 1 and the thickness distribution measurement unit S <b> 2 is a surface shape measurement unit. S1 and the one-surface phase detection unit 12-1 on the thickness distribution measurement unit S2 are spaced apart from each other so that the semiconductor wafer SW that is the measurement target SW can be individually measured. It arrange | positions on the same side, for example, A surface side.

このような構成の表面形状測定装置Sbでは、図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置Sbが起動され、演算制御部7bによって必要な各部の初期化が行われる。そして、例えば半導体ウェハ等の板状体の測定対象物SWがステージ9に載置され、入力部6から測定開始を指示するコマンドを受け付けると、演算制御部7bは、測定対象物SWの表面形状の測定を開始する。すなわち、測定対象物SWの一方表面形状g(r)の測定では、第1実施形態における表面形状測定装置Saと同様に動作し、演算制御部7bの第1表面形状演算部71によって測定対象物SWの一方表面形状g(r)が求められる。そして、測定対象物SWの厚さ分布の測定では、光源部10から第2測定光が一面側測定部11−1に導光され、一面側測定部11−1によってA面側が測定され、一面側位相検波部12−1によって前記位相差△Φ2が検出され、この前記位相差△Φ2が演算制御部7bへ出力され、光源部10から第2測定光が他方面側測定部11−2に導光され、他方面側測定部11−2によってB面側が測定され、他方面側位相検波部12−2によって前記位相差△Φ1が検出され、この前記位相差△Φ1が演算制御部7bへ出力される。そして、厚さ分布演算部75は、これら位相差△Φ1、△Φ2から測定対象物SWの厚さを求める。そして、ステージ9によって順次に測定箇所MPが変更されることで、厚さ分布演算部75は、測定対象物SWの厚さ分布f(r)を求める。   In the surface shape measuring apparatus Sb having such a configuration, when a power switch (not shown) is turned on, the surface shape measuring apparatus Sb is activated, and necessary parts are initialized by the arithmetic control unit 7b. Then, for example, when the measurement object SW of a plate-like body such as a semiconductor wafer is placed on the stage 9 and receives a command instructing measurement start from the input unit 6, the arithmetic control unit 7b reads the surface shape of the measurement object SW. Start measuring. That is, in the measurement of the one surface shape g (r) of the measurement object SW, the measurement object operates in the same manner as the surface shape measurement device Sa in the first embodiment, and is measured by the first surface shape calculation unit 71 of the calculation control unit 7b. One surface shape g (r) of SW is obtained. In the measurement of the thickness distribution of the measurement object SW, the second measurement light is guided from the light source unit 10 to the one surface side measurement unit 11-1, the A surface side is measured by the one surface side measurement unit 11-1, and the one surface is measured. The phase difference ΔΦ2 is detected by the side phase detector 12-1, the phase difference ΔΦ2 is output to the calculation controller 7b, and the second measurement light from the light source unit 10 is sent to the other surface side measurement unit 11-2. The second surface side measurement unit 11-2 measures the B surface side, the other surface side phase detection unit 12-2 detects the phase difference ΔΦ1, and the phase difference ΔΦ1 is input to the arithmetic control unit 7b. Is output. Then, the thickness distribution calculation unit 75 obtains the thickness of the measurement object SW from these phase differences ΔΦ1 and ΔΦ2. And the thickness distribution calculating part 75 calculates | requires thickness distribution f (r) of the measurement object SW by changing the measurement location MP sequentially by the stage 9. FIG.

測定対象物SWの一方表面形状g(r)およびその厚さ分布f(r)が求められると、第2表面形状演算部76は、第1表面形状演算部71によって求められた半導体ウェハSWの一方表面形状g(r)から厚さ分布測定部75によって求められた半導体ウェハSWの厚さ分布f(r)を減算することによって半導体ウェハSWの他方表面形状h(r)を求める。測定対象物SWの一方表面形状g(r)とその厚さ分布f(r)との間におけるデータの同期(互いの対応付け)は、表面形状用測定部S1と一面側測定部11−1または他方側測定部11−2との間における配設位置の関係に基づいて行うことができる。そして、これら求められた測定対象物SWの一方表面形状g(r)、その他方表面形状h(r)およびその厚さ分布f(r)が出力部8に出力され、これらが提示される。   When the one surface shape g (r) of the measurement object SW and the thickness distribution f (r) thereof are obtained, the second surface shape calculation unit 76 calculates the semiconductor wafer SW obtained by the first surface shape calculation unit 71. On the other hand, the other surface shape h (r) of the semiconductor wafer SW is obtained by subtracting the thickness distribution f (r) of the semiconductor wafer SW obtained by the thickness distribution measuring unit 75 from the surface shape g (r). Data synchronization (corresponding to each other) between the one surface shape g (r) of the measurement object SW and its thickness distribution f (r) is performed by the surface shape measurement unit S1 and the one-side measurement unit 11-1. Or it can carry out based on the relationship of the arrangement | positioning position between the other side measurement parts 11-2. Then, the one surface shape g (r), the other surface shape h (r) and the thickness distribution f (r) of the obtained measurement object SW are output to the output unit 8 and presented.

このように第2実施形態における表面形状測定装置Sbは、半導体ウェハの表裏両面の各表面形状を測定することができ、その厚さ分布も測定することができる。   Thus, the surface shape measuring apparatus Sb in the second embodiment can measure each surface shape on both the front and back surfaces of the semiconductor wafer, and can also measure the thickness distribution.

なお、上述では、測定対象物SWの一方表面形状g(r)およびその厚さ分布f(r)は、1つのステージ9によって行われたが、個々にステージを設け、別個のステージで行われてもよい。測定対象物SWを一方のステージから他方のステージへ搬送する搬送機構が設けられ、測定対象物SWが各ステージ間で移動される。この場合において、測定対象物SWの一方表面形状g(r)とその厚さ分布f(r)との間におけるデータの同期をとるために、例えば、最初の測定箇所MPが一致される。   In the above description, the one surface shape g (r) and the thickness distribution f (r) of the measurement object SW are performed by one stage 9, but each stage is provided separately and performed by a separate stage. May be. A transport mechanism for transporting the measurement object SW from one stage to the other stage is provided, and the measurement object SW is moved between the stages. In this case, in order to synchronize data between the one surface shape g (r) of the measurement object SW and its thickness distribution f (r), for example, the first measurement points MP are matched.

次に、別の実施形態について説明する。   Next, another embodiment will be described.

(第3実施形態)
図15は、第3実施形態における半導体ウェハ検査装置の構成を示す図である。図16は、エッジロールオフを説明するための図である。図16(A)は、ウェハ(Wafer)の表面プロファイル(Surface Profile)を示す模式図であり、図16(B)は、前記ウェハの縦断面模式図である。図16(A)の横軸は、ウェハにおけるエッジからの距離であり、その縦軸は、高さである。
(Third embodiment)
FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor wafer inspection apparatus according to the third embodiment. FIG. 16 is a diagram for explaining edge roll-off. FIG. 16A is a schematic diagram showing a surface profile of a wafer, and FIG. 16B is a schematic vertical sectional view of the wafer. In FIG. 16A, the horizontal axis represents the distance from the edge of the wafer, and the vertical axis represents the height.

第3実施形態における半導体ウェハ検査装置Scは、第1または第2実施形態にかかる表面形状測定装置Sa、Sbを備え、半導体ウェハSWの表面形状が所定の条件を満たすか否かを検査する装置である。このような半導体ウェハ検査装置Scは、これら上述の第1およびは第2実施形態の表面形状測定装置Sa、Sbのいずれかが用いられるので、半導体ウェハSWにおける表面形状の測定に適した精度で、そして、より短時間で半導体ウェハSWの表面形状を測定することができる。このため、このような半導体ウェハ検査装置Scは、よりスピーディでより正確に半導体ウェハSWの良否を検査することができる。したがって、このような半導体ウェハ検査装置Scは、例えば、半導体ウェハSWを用いた製品の生産ラインに好適に用いることができる。より具体的には、半導体ウェハ検査装置Scは、例えば、前記製造ラインに配置され、前記製品の製造中に半導体ウェハSWを検査し、半導体ウェハSWの表面形状が所定の条件を満たさない場合に、製造ラインから当該半導体ウェハSWを取り除くべく、当該半導体ウェハSWの表面形状が所定の条件を満たさない旨を出力する。このような半導体ウェハ検査装置Scは、要求される仕様(スペック)に達しない半導体ウェハSWを製造工程で選別することによって、製品の歩留まりが向上し、その結果、低コスト化も達成することができる。   The semiconductor wafer inspection apparatus Sc in the third embodiment includes the surface shape measuring apparatuses Sa and Sb according to the first or second embodiment, and inspects whether or not the surface shape of the semiconductor wafer SW satisfies a predetermined condition. It is. In such a semiconductor wafer inspection apparatus Sc, since any one of the above-described surface shape measuring apparatuses Sa and Sb of the first and second embodiments is used, the semiconductor wafer inspection apparatus Sc has an accuracy suitable for measuring the surface shape of the semiconductor wafer SW. And the surface shape of the semiconductor wafer SW can be measured in a shorter time. For this reason, such a semiconductor wafer inspection apparatus Sc can inspect the quality of the semiconductor wafer SW more speedily and more accurately. Therefore, such a semiconductor wafer inspection apparatus Sc can be suitably used for a product production line using the semiconductor wafer SW, for example. More specifically, the semiconductor wafer inspection apparatus Sc is disposed in the production line, for example, inspects the semiconductor wafer SW during the manufacture of the product, and the surface shape of the semiconductor wafer SW does not satisfy a predetermined condition. In order to remove the semiconductor wafer SW from the production line, the fact that the surface shape of the semiconductor wafer SW does not satisfy a predetermined condition is output. In such a semiconductor wafer inspection apparatus Sc, the yield of products is improved by selecting semiconductor wafers SW that do not reach the required specifications in the manufacturing process, and as a result, cost reduction can also be achieved. it can.

このような半導体ウェハ検査装置Scは、測定対象である半導体ウェハSWの表面における表面形状を測定する表面形状測定部と、前記表面形状測定部で測定された表面形状が所定の条件を満たすか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定結果を出力する出力部とを備え、前記表面形状測定部は、第1および第2実施形態の表面形状測定装置Sa、Sbのいずれかである。図15には、前記表面形状測定部に第1実施形態の表面形状測定装置Saを用いた場合の半導体ウェハ検査装置Scが示されている。すなわち、図15に示す半導体ウェハ検査装置Scは、光源部1と、光路変更部2と、光分岐部3と、波面センサ4と、撮影部5と、入力部6と、演算制御部7aと、出力部8と、ステージ9と、判定部21とを備えて構成されている。これら光源部1、光路変更部2、光分岐部3、波面センサ4、撮影部5、入力部6、演算制御部7a、出力部8およびステージ9の各部によって第1実施形態の表面形状測定装置Saが構成され、これら各部は、上述した第1実施形態の表面形状測定装置Saにおける光源部1、光路変更部2、光分岐部3、波面センサ4、撮影部5、入力部6、演算制御部7a、出力部8およびステージ9と同様である。   Such a semiconductor wafer inspection apparatus Sc includes a surface shape measuring unit that measures the surface shape on the surface of the semiconductor wafer SW that is a measurement target, and whether the surface shape measured by the surface shape measuring unit satisfies a predetermined condition. A determination unit that determines whether or not and an output unit that outputs a determination result by the determination unit, wherein the surface shape measurement unit is one of the surface shape measurement devices Sa and Sb of the first and second embodiments. . FIG. 15 shows a semiconductor wafer inspection apparatus Sc when the surface shape measuring device Sa of the first embodiment is used for the surface shape measuring unit. That is, the semiconductor wafer inspection apparatus Sc shown in FIG. 15 includes a light source unit 1, an optical path changing unit 2, an optical branching unit 3, a wavefront sensor 4, an imaging unit 5, an input unit 6, and an arithmetic control unit 7a. , An output unit 8, a stage 9, and a determination unit 21. The surface shape measuring apparatus according to the first embodiment includes the light source unit 1, the optical path changing unit 2, the optical branching unit 3, the wavefront sensor 4, the imaging unit 5, the input unit 6, the calculation control unit 7a, the output unit 8, and the stage 9. Sa is configured, and each of these units includes the light source unit 1, the optical path changing unit 2, the light branching unit 3, the wavefront sensor 4, the imaging unit 5, the input unit 6, and the arithmetic control in the surface shape measuring apparatus Sa of the first embodiment described above. This is the same as the unit 7a, the output unit 8, and the stage 9.

判定部21は、演算制御部7aに接続され、演算制御部7aによって求められた半導体ウェハSWの表面形状が所定の条件を満たすか否かを判定するものである。判定部21は、例えば、演算制御部7aと同様に、マイクロコンピュータ等を備えて構成され、このマイクロコンピュータによって機能的に実現される。そして、判定部21の判定結果は、出力部8に出力される。   The determination unit 21 is connected to the calculation control unit 7a and determines whether the surface shape of the semiconductor wafer SW obtained by the calculation control unit 7a satisfies a predetermined condition. The determination unit 21 includes, for example, a microcomputer as in the arithmetic control unit 7a, and is functionally realized by this microcomputer. Then, the determination result of the determination unit 21 is output to the output unit 8.

前記所定の条件は、半導体ウェハSWによって製造される製品に応じて適宜に設定されればよく、例えば、半導体ウェハSWの平坦度であってよく、またエッジロールオフを表す指標であってもよい。   The predetermined condition may be set as appropriate according to the product manufactured by the semiconductor wafer SW, and may be, for example, the flatness of the semiconductor wafer SW or may be an index representing edge roll-off. .

半導体ウェハには、図16に示すように、最も外側にChamferと呼ばれる面取部があり、例えば、300mmウェハでは、物理的な先端から約0.3mm〜0.5mmの領域が前記面取部に当たる。エッジロールオフ(Edge Roll-off)は、前記面取部より内部の数mmまでに至る領域である。このエッジロールオフは、様々な要因によって生じるが、その大きな要因は、半導体ウェハの研磨工程にある。このエッジロールオフは、通常、図16に示すように、「ダレた形状」を呈するが、条件によっては、ダレではなく、「盛り上がった形状」を呈する場合もある。   As shown in FIG. 16, the semiconductor wafer has a chamfered portion called “Chamfer” on the outermost side. For example, in a 300 mm wafer, an area of about 0.3 mm to 0.5 mm from the physical tip is the chamfered portion. It hits. Edge roll-off is an area extending from the chamfered portion to several mm inside. This edge roll-off is caused by various factors, and the major factor is in the polishing process of the semiconductor wafer. This edge roll-off usually exhibits a “sag shape” as shown in FIG. 16, but depending on conditions, it may exhibit a “swell shape” instead of a sag.

このエッジロールオフの評価方法として、例えば、Kimuraらが提案しているROA(Roll-off Amount;ROA)という評価値がある。この評価値は、図16(A)に示すように、半導体ウェハが平坦であると考えられる、半導体ウェハの物理的な先端から約3〜6mmの位置(Reference area)における半導体ウェハの形状から基準平面を求め、1mmの位置の半導体ウェハの形状と前記基準面との距離として定義される。この評価値ROAは、半導体ウェハの外縁部がどの程度ダレているか、あるいは盛り上がっているかを表す指標である。このようなエッジロールオフの指標である評価値ROAを求める場合には、判定部21は、径方向に沿った半導体ウェハSWの表面形状を演算制御部7aより得て評価値ROAを求め、この求めた評価値ROAが所定の条件としての評価値ROA(基準ROA)と比較され、半導体ウェハSWの表面形状が所定の条件を満たすか否かを判断する。   As an evaluation method of this edge roll-off, for example, there is an evaluation value called ROA (Roll-off Amount; ROA) proposed by Kimura et al. As shown in FIG. 16A, this evaluation value is based on the shape of the semiconductor wafer at a position (reference area) of about 3 to 6 mm from the physical front end of the semiconductor wafer, which is considered to be flat. A plane is obtained and defined as the distance between the shape of the semiconductor wafer at a position of 1 mm and the reference plane. This evaluation value ROA is an index representing how much the outer edge of the semiconductor wafer is sagging or rising. When obtaining the evaluation value ROA which is an index of such edge roll-off, the determination unit 21 obtains the surface shape of the semiconductor wafer SW along the radial direction from the arithmetic control unit 7a to obtain the evaluation value ROA. The obtained evaluation value ROA is compared with an evaluation value ROA (reference ROA) as a predetermined condition, and it is determined whether or not the surface shape of the semiconductor wafer SW satisfies a predetermined condition.

上述では、前記表面形状測定部に第1実施形態の表面形状測定装置Saを用いた場合の半導体ウェハ検査装置Scについて図15を用いて説明したが、前記表面形状測定部に第2実施形態の表面形状測定装置Sbを用いた場合の半導体ウェハ検査装置も同様である。   In the above description, the semiconductor wafer inspection apparatus Sc in the case where the surface shape measuring device Sa of the first embodiment is used for the surface shape measuring unit has been described with reference to FIG. The same applies to the semiconductor wafer inspection apparatus when the surface shape measuring apparatus Sb is used.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および/または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。   In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Therefore, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not covered by the claims. To be construed as inclusive.

Sa、Sb 表面形状測定装置
Sc 半導体ウェハ検査装置
1、10 光源部
4 波面センサ
5 撮影部
7a、7b 演算制御部
41 マイクロレンズアレイ
42 撮像素子
43 波面センサ演算制御部
71 第1表面形状演算部
72 座標位置演算部
75 厚さ分布演算部
76 第2表面形状演算部
Sa, Sb Surface shape measuring device Sc Semiconductor wafer inspection device 1, 10 Light source unit 4 Wavefront sensor 5 Imaging unit 7a, 7b Calculation control unit 41 Micro lens array 42 Imaging element 43 Wavefront sensor calculation control unit 71 First surface shape calculation unit 72 Coordinate position calculation unit 75 Thickness distribution calculation unit 76 Second surface shape calculation unit

Claims (5)

測定対象である半導体ウェハの表面に、進行方向を法線とする平面な波面を持つ平面波の測定光を照射する光照射部と、
前記半導体ウェハの表面で反射した前記測定光の反射光における波面の形状を測定するシャックハルトマン(Shack-Hartmann)方式の波面センサと、
前記波面センサで測定した前記反射光における波面の形状に基づいて前記半導体ウェハにおける表面の形状を求める表面形状演算部とを備え、
前記シャックハルトマン方式の波面センサは
前記反射光を受光し、アレイ状に配置された複数のレンズを備えるレンズアレイと
前記レンズアレイにおける複数のレンズを通過した前記反射光の像を撮像する撮像部と
前記撮像部で撮像された画像データのうちの所定の閾値以上のデータを抽出するデータ抽出処理部と
前記データ抽出処理部で抽出されたデータに基づいて前記反射光における波面の形状を求める波面演算部とを備え
前記データ抽出処理部における前記所定の閾値は、前記半導体ウェハの端部からの距離に応じた値であること
を特徴とする表面形状測定装置。
A light irradiation unit that irradiates a surface of a semiconductor wafer to be measured with a plane wave measurement light having a plane wavefront whose normal is a traveling direction ;
A Shack-Hartmann type wavefront sensor that measures the shape of the wavefront in the reflected light of the measurement light reflected from the surface of the semiconductor wafer;
A surface shape calculation unit that obtains the shape of the surface of the semiconductor wafer based on the shape of the wavefront in the reflected light measured by the wavefront sensor;
The Shack-Hartmann wavefront sensor is
A lens array that receives the reflected light and includes a plurality of lenses arranged in an array ;
An imaging unit that captures an image of the reflected light that has passed through a plurality of lenses in the lens array ;
A data extraction processing unit that extracts data of a predetermined threshold value or more from the image data captured by the imaging unit ;
A wavefront calculation unit for obtaining a wavefront shape in the reflected light based on the data extracted by the data extraction processing unit ,
Wherein the predetermined threshold in the data extraction processing unit, the surface shape measuring apparatus, wherein the value der Rukoto corresponding to the distance from the edge of the semiconductor wafer.
前記反射光を複数に分岐するとともに、前記複数の分岐光のうちの1つを前記波面センサに入射させる分岐部と、
前記複数の分岐光のうちの他の1つを受光することで、前記半導体ウェハの端部を少なくとも含むように前記半導体ウェハの表面を撮影する撮影部と、
前記撮影部によって撮影された前記半導体ウェハの表面画像に基づいて測定箇所の座標位置を求める座標位置演算部とをさらに備えること
を特徴とする請求項1に記載の表面形状測定装置。
A branching part for branching the reflected light into a plurality of parts and allowing one of the plurality of branched lights to enter the wavefront sensor;
An imaging unit that images the surface of the semiconductor wafer so as to include at least an end portion of the semiconductor wafer by receiving another one of the plurality of branched lights,
The surface shape measuring apparatus according to claim 1, further comprising a coordinate position calculation unit that obtains a coordinate position of a measurement location based on a surface image of the semiconductor wafer imaged by the imaging unit.
ヘテロダイン干渉法を用いることによって前記半導体ウェハの厚さ分布を測定する厚さ分布測定部をさらに備えること
を特徴とする請求項1または請求項2に記載の表面形状測定装置。
Surface-profile measuring instrument according to claim 1 or claim 2, further comprising a thickness profile measurement unit for measuring the thickness distribution of the semiconductor wafer by using the heterodyne interference method.
前記光照射部は、前記半導体ウェハの一方の表面に所定の波面を持つ測定光を照射し、
前記波面センサは、前記半導体ウェハの一方の表面で反射した前記測定光の反射光における波面の形状を測定し、
前記表面形状演算部は、前記波面センサで測定した前記反射光における波面の形状に基づいて前記半導体ウェハの一方の表面における表面形状を求め、
前記表面形状演算部によって求められた前記半導体ウェハの一方の表面における表面形状および前記厚さ分布測定部によって測定された前記半導体ウェハの厚さ分布に基づいて前記半導体ウェハの他方の表面における表面形状を求める第2表面形状演算部をさらに備えること
を特徴とする請求項に記載の表面形状測定装置。
The light irradiation unit irradiates measurement light having a predetermined wavefront on one surface of the semiconductor wafer,
The wavefront sensor measures the shape of the wavefront in the reflected light of the measurement light reflected from one surface of the semiconductor wafer,
The surface shape calculation unit obtains a surface shape on one surface of the semiconductor wafer based on the shape of the wavefront in the reflected light measured by the wavefront sensor,
The surface shape on the other surface of the semiconductor wafer based on the surface shape on the one surface of the semiconductor wafer obtained by the surface shape calculating unit and the thickness distribution of the semiconductor wafer measured by the thickness distribution measuring unit The surface shape measuring device according to claim 3 , further comprising a second surface shape calculating unit for obtaining
測定対象である半導体ウェハの表面における表面形状を測定する表面形状測定部と、
前記表面形状測定部で測定された表面形状が所定の条件を満たすか否かを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果を出力する出力部とを備え、
前記表面形状測定部は、請求項1ないし請求項のいずれか1項に記載の表面形状測定装置であること
を特徴とする半導体ウェハ検査装置。
A surface shape measuring unit for measuring the surface shape of the surface of the semiconductor wafer to be measured;
A determination unit that determines whether the surface shape measured by the surface shape measurement unit satisfies a predetermined condition; and
An output unit that outputs a determination result by the determination unit,
The surface shape measuring section, a semiconductor wafer inspection apparatus which is a surface shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 4.
JP2010098916A 2010-04-22 2010-04-22 Surface shape measuring device and semiconductor wafer inspection device Active JP5416025B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010098916A JP5416025B2 (en) 2010-04-22 2010-04-22 Surface shape measuring device and semiconductor wafer inspection device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010098916A JP5416025B2 (en) 2010-04-22 2010-04-22 Surface shape measuring device and semiconductor wafer inspection device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011226989A JP2011226989A (en) 2011-11-10
JP5416025B2 true JP5416025B2 (en) 2014-02-12

Family

ID=45042482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010098916A Active JP5416025B2 (en) 2010-04-22 2010-04-22 Surface shape measuring device and semiconductor wafer inspection device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5416025B2 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6087792B2 (en) * 2013-02-04 2017-03-01 株式会社神戸製鋼所 Shape measuring device
JP6030471B2 (en) * 2013-02-18 2016-11-24 株式会社神戸製鋼所 Shape measuring device
KR102345254B1 (en) * 2018-02-27 2021-12-31 주식회사 히타치하이테크 Defect detection apparatus, defect detection method and defect observation apparatus
US10867877B2 (en) * 2018-03-20 2020-12-15 Kla Corporation Targeted recall of semiconductor devices based on manufacturing data
WO2020070884A1 (en) * 2018-10-05 2020-04-09 三菱電機株式会社 Machining device
CN114543695A (en) * 2022-02-08 2022-05-27 南京中安半导体设备有限责任公司 Hartmann measuring device and measuring method thereof and wafer geometric parameter measuring device

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6184974B1 (en) * 1999-07-01 2001-02-06 Wavefront Sciences, Inc. Apparatus and method for evaluating a target larger than a measuring aperture of a sensor
JP4400985B2 (en) * 2000-02-29 2010-01-20 株式会社神戸製鋼所 Shape measuring device
JP2007281126A (en) * 2006-04-05 2007-10-25 Nikon Corp Method and device for measuring position, and exposure device
JP5054592B2 (en) * 2008-03-27 2012-10-24 株式会社神戸製鋼所 Shape calculation device, shape calculation program, shape calculation method, shape measurement device
JP2010021485A (en) * 2008-07-14 2010-01-28 Renesas Technology Corp Method of manufacturing semiconductor device
JP2010121960A (en) * 2008-11-17 2010-06-03 Nikon Corp Measuring device and method of measuring subject

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011226989A (en) 2011-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5416025B2 (en) Surface shape measuring device and semiconductor wafer inspection device
JP6712349B2 (en) Alignment system
US20110304854A1 (en) Instantaneous, phase measuring interferometer apparatus and method
JP3881125B2 (en) Level difference measuring apparatus and etching monitor apparatus and etching method using the level difference measuring apparatus
KR20190042737A (en) System and method for focus optimization for imaging-based overlay metrology
WO2013084557A1 (en) Shape-measuring device
KR100785802B1 (en) Apparatus for measurment of three-dimensional shape
TW201237359A (en) Three dimensional surface profilometer and microscopy, and the method using the same
JP2003148921A (en) Shape measuring method and device therefor
JP2010121960A (en) Measuring device and method of measuring subject
JP2013152191A (en) Multi-wavelength interferometer
US7719691B2 (en) Wavefront measuring apparatus for optical pickup
JP2010175499A (en) Shape determining device
JP2013113650A (en) Trench depth measuring apparatus and trench depth measuring method and confocal microscope
KR102285818B1 (en) Apparatus for monitoring three-dimensional shape of target object capable of auto focusing in real time
JP2009293925A (en) Error correction apparatus of optical inspection apparatus
KR102389680B1 (en) Characterizing tsv microfabrication process and products
JPH10253892A (en) Phase interference microscope
JP2010169472A (en) Method of interference measurement
JP2005274550A (en) Laser length measuring machine, and original optical disk exposure device
JP2003329414A (en) Shape measuring device
JP5894464B2 (en) Measuring device
JP4125563B2 (en) Optical element position measuring method and apparatus, waveguide adjustment method and apparatus, and optical module manufacturing method
JP3184914B2 (en) Surface shape measuring method and surface shape measuring instrument
JP4150315B2 (en) Laser probe measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120828

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130705

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130813

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130904

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: 20131112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131114

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5416025

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150