JP5459944B2 - Surface shape measuring device, stress measuring device, surface shape measuring method and stress measuring method - Google Patents

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JP5459944B2 JP2007237381A JP2007237381A JP5459944B2 JP 5459944 B2 JP5459944 B2 JP 5459944B2 JP 2007237381 A JP2007237381 A JP 2007237381A JP 2007237381 A JP2007237381 A JP 2007237381A JP 5459944 B2 JP5459944 B2 JP 5459944B2
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Description

本発明は、対象物の表面形状を測定する技術に関し、また、測定された表面形状を利用して対象物上の膜内の応力を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring the surface shape of an object, and also relates to a technique for measuring stress in a film on the object using the measured surface shape.

従来より、半導体素子の製造においては、半導体基板（以下、単に「基板」という。）上への成膜やアニール等の様々な処理が行われており、これらの処理により、基板上の薄膜内に残留応力が生じる。近年、半導体素子の高精細化に伴い、半導体素子の品質に対する当該残留応力の影響が大きくなっており、薄膜内の応力測定の必要性が高まっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, in the manufacture of semiconductor elements, various processes such as film formation and annealing on a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as “substrate”) have been performed. Residual stress is generated. In recent years, with the increase in definition of semiconductor elements, the influence of the residual stress on the quality of semiconductor elements has increased, and the need for measuring stress in a thin film has increased.

薄膜内の応力を非接触にて測定する装置の１つとして、特許文献１では、光てこ法により基板の曲率半径を測定し、得られた曲率半径を用いて薄膜内の応力を求める薄膜評価装置が開示されている。特許文献１の薄膜評価装置では、レーザ光源から出射されたレーザ光を基板上にて走査し、薄膜からの反射光の検出器上における受光位置に基づいて、薄膜上の複数の位置における反射角が算出されて曲率半径が求められる。   As one apparatus for measuring stress in a thin film in a non-contact manner, Patent Document 1 discloses a thin film evaluation in which the radius of curvature of a substrate is measured by an optical lever method, and the stress in the thin film is obtained using the obtained radius of curvature. An apparatus is disclosed. In the thin film evaluation apparatus of Patent Document 1, a laser beam emitted from a laser light source is scanned on a substrate, and reflection angles at a plurality of positions on the thin film are based on light receiving positions on a detector of reflected light from the thin film. Is calculated to determine the radius of curvature.

一方、特許文献２では、対象物上の膜厚を測定する膜厚測定装置において、光源から基板へと向かう照明光の光路上に遮光パターンを配置し、対象物からの反射光の光路上において結像された遮光パターンの像に基づいて対象物の傾斜角を求める技術が開示されている。特許文献２の膜厚測定装置では、得られた傾斜角を用いて対象物上の膜の厚さを求めることにより、高精度な膜厚測定が可能とされている。
特開２０００−９５５３号公報 特開２００４−１３８５１９号公報 On the other hand, in Patent Document 2, in a film thickness measuring device that measures the film thickness on an object, a light shielding pattern is arranged on the optical path of illumination light from the light source toward the substrate, and on the optical path of reflected light from the object. A technique for obtaining an inclination angle of an object based on an image of a formed light shielding pattern is disclosed. In the film thickness measuring apparatus of Patent Document 2, the thickness of the film on the object is obtained using the obtained inclination angle, thereby enabling highly accurate film thickness measurement.
JP 2000-9553 A JP 2004-138519 A

ところで、特許文献１の薄膜評価装置では、曲率半径の計測にレーザ光を利用しているため、測定対象が当該レーザ光の波長に対して反射率が低いものである場合には、曲率半径の測定誤差が大きくなってしまい、膜内の応力を高精度に求めることができない。また、基板上にパターンが形成されている場合には、当該パターンによりレーザ光が散乱してしまい、曲率半径を高精度に測定することができないため、パターンが形成された基板の応力測定にはあまり適していない。   By the way, in the thin film evaluation apparatus of patent document 1, since the laser beam is used for the measurement of the radius of curvature, when the object to be measured has a low reflectance with respect to the wavelength of the laser beam, The measurement error becomes large, and the stress in the film cannot be obtained with high accuracy. In addition, when a pattern is formed on the substrate, the laser beam is scattered by the pattern, and the radius of curvature cannot be measured with high accuracy. Not very suitable.

さらには、当該装置では、複数の測定位置における反射光の検出器上における受光位置のずれに基づいて曲率半径が求められており、各測定位置におけるフォーカス位置が測定結果に及ぼす影響が大きいため、各測定位置において高精度なフォーカス調整を行う必要がある。このため、装置の構成が複雑化してしまい、また、応力測定に要する時間も増大してしまう。   Furthermore, in the apparatus, the radius of curvature is obtained based on the shift of the light receiving position on the detector of reflected light at a plurality of measurement positions, and the focus position at each measurement position has a large influence on the measurement result. It is necessary to perform highly accurate focus adjustment at each measurement position. For this reason, the configuration of the apparatus becomes complicated, and the time required for stress measurement also increases.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、対象物上の膜内の応力を容易かつ迅速に求めることを主な目的としている。   This invention is made | formed in view of the said subject, and makes it the main objective to obtain | require the stress in the film | membrane on a target object easily and rapidly.

請求項１に記載の発明は、対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、光を出射する光源と、前記光源からの光を対物レンズを介して対象物上の照射領域へと導くとともに前記照射領域からの反射光を前記対物レンズを介して所定の位置へと導く光学系と、前記光源から前記照射領域に至る光路上において、開口絞り位置と光学的にほぼ共役な位置に配置された遮光パターンと、前記所定の位置に結像された前記遮光パターンの像を取得する撮像部と、前記撮像部からの出力に基づいて前記照射領域の法線方向を示す傾斜ベクトルを求める傾斜ベクトル算出部と、前記照射領域を前記対象物に対して相対的に移動する移動機構と、前記傾斜ベクトル算出部により求められた前記対象物上の複数の領域における傾斜ベクトルに基づいて前記対象物の表面形状を求める表面形状算出部とを備え、前記対物レンズから前記対象物への光は、前記対象物上においてほぼ平行光であり、前記複数の領域のそれぞれにおいて、フォーカス調整を行うことなく前記撮像部による撮像が行われ、前記傾斜ベクトル算出部により、前記撮像部により取得された前記遮光パターンの像の基準位置から重心位置に至るベクトルと、前記対物レンズと前記対象物との間の所定の距離とに基づいて傾斜ベクトルが求められる。 The invention according to claim 1 is a surface shape measuring apparatus for measuring a surface shape of an object, and a light source that emits light and light from the light source to an irradiation region on the object via an objective lens. An optical system that guides reflected light from the irradiation region to a predetermined position via the objective lens, and a position optically conjugate with the aperture stop position on the optical path from the light source to the irradiation region A light-shielding pattern disposed on the imaging unit, an imaging unit that acquires an image of the light-shielding pattern formed at the predetermined position, and an inclination vector that indicates a normal direction of the irradiation region based on an output from the imaging unit Based on the inclination vector calculation unit to be obtained, a moving mechanism for moving the irradiation region relative to the object, and inclination vectors in a plurality of regions on the object obtained by the inclination vector calculation unit. A surface shape calculation unit for obtaining a surface shape of the object, and light from the objective lens to the object is substantially parallel light on the object, and focus adjustment is performed in each of the plurality of regions. The vector from the reference position to the gravity center position of the image of the light shielding pattern acquired by the imaging unit, the objective lens, and the target object are captured by the imaging unit without performing Is determined based on a predetermined distance between and .

請求項２に記載の発明は、対象物上の膜内の応力を測定する応力測定装置であって、請求項１に記載の表面形状測定装置と、前記表面形状測定装置により求められた前記表面形状に基づいて応力測定領域の曲率半径を求める曲率半径算出部と、前記対象物上の膜の厚さを光学的に測定する膜厚測定部と、前記曲率半径算出部および前記膜厚測定部により求められた前記応力測定領域における曲率半径および膜厚に基づいて前記応力測定領域における前記膜内の応力を求める応力算出部とを備える。   The invention described in claim 2 is a stress measuring device for measuring the stress in the film on the object, and the surface profile measuring device according to claim 1 and the surface obtained by the surface profile measuring device. A radius-of-curvature calculation unit for obtaining a radius of curvature of a stress measurement region based on a shape; a film thickness measurement unit for optically measuring a thickness of a film on the object; the curvature radius calculation unit; and the film thickness measurement unit And a stress calculation unit that obtains the stress in the film in the stress measurement region based on the radius of curvature and the film thickness in the stress measurement region obtained by the above.

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の応力測定装置であって、前記膜厚測定部が、前記光源からの光の前記照射領域からの反射光を受光する受光部と、前記受光部からの出力に基づいて光干渉法により前記照射領域における前記膜の厚さを求める膜厚算出部とを備える。   Invention of Claim 3 is the stress measuring apparatus of Claim 2, Comprising: The said film thickness measurement part receives the reflected light from the said irradiation area | region of the light from the said light source, A film thickness calculation unit that obtains the thickness of the film in the irradiation region by an optical interference method based on an output from the light receiving unit.

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の応力測定装置であって、前記膜厚測定部が、もう１つの光源を有し、偏光した光を前記対象物に向けて出射する光源ユニットと、前記対象物からの前記偏光した光の反射光を受光して前記反射光の偏光状態を取得する受光ユニットと、前記受光ユニットにて取得された偏光状態に基づいて前記対象物上の前記膜の厚さを求める膜厚算出部とを備える。   The invention according to claim 4 is the stress measuring apparatus according to claim 2 or 3, wherein the film thickness measuring unit has another light source, and emits polarized light toward the object. A light source unit that receives the reflected light of the polarized light from the object, obtains a polarization state of the reflected light, and the object based on the polarization state obtained by the light receiving unit. A film thickness calculation unit for determining the thickness of the film above.

請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４のいずれかに記載の応力測定装置であって、前記対物レンズから出射される光を利用して、前記対物レンズと前記保持部または前記保持部に保持された前記対象物との間の距離を検出する距離検出部と、前記距離検出部にて検出された前記対物レンズと前記対象物との間の距離、および、対象物を保持していない状態における前記対物レンズと前記保持部との間の距離に基づいて、前記応力算出部による前記膜内の応力の算出に利用される前記対象物の厚さを求める対象物厚さ算出部とをさらに備える。 The invention described in claim 5 is the stress measurement apparatus according to any one of claims 2 to 4, by utilizing the light emitted from the front Symbol objective lens, the holder or the said objective lens A distance detection unit that detects a distance between the object held by the holding unit, a distance between the objective lens and the object detected by the distance detection unit, and the object The object thickness calculation for determining the thickness of the object used for calculating the stress in the film by the stress calculation unit based on the distance between the objective lens and the holding unit in a state where the object is not performed And a section.

請求項６に記載の発明は、対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、ａ）光源からの光を、対物レンズを有する光学系を介して対象物上の照射領域へと照射する工程と、ｂ）前記光源から前記対象物に至る光路上において開口絞り位置と光学的にほぼ共役な位置に遮光パターンが配置されており、前記照射領域からの前記光の反射光を前記対物レンズを介して所定の位置へと導き、前記所定の位置に結像された前記遮光パターンの像を撮像部により取得する工程と、ｃ）前記照射領域を前記対象物に対して相対的に移動しつつ前記ａ）工程および前記ｂ）工程を繰り返し、前記撮像部からの出力に基づいて前記対象物上の複数の領域の法線方向を示す傾斜ベクトルを求める工程と、ｄ）前記複数の領域における傾斜ベクトルに基づいて前記対象物の表面形状を求める工程とを備え、前記対物レンズから前記対象物への光は、前記対象物上においてほぼ平行光であり、前記ｃ）工程にて、前記複数の領域のそれぞれにおいて、フォーカス調整を行うことなく前記撮像部による撮像が行われ、前記撮像部により取得された前記遮光パターンの像の基準位置から重心位置に至るベクトルと、前記対物レンズと前記対象物との間の所定の距離とに基づいて傾斜ベクトルが求められる。 The invention according to claim 6 is a surface shape measuring method for measuring the surface shape of an object, and a) the light from the light source is directed to an irradiation region on the object through an optical system having an objective lens. And b) a light-shielding pattern is disposed at a position optically conjugate with the aperture stop position on the optical path from the light source to the object, and the reflected light of the light from the irradiation region is A step of obtaining an image of the light-shielding pattern imaged at the predetermined position by an imaging unit through an objective lens, and c) relative to the object with the irradiation region. The steps a) and b) are repeated while moving, and a gradient vector indicating normal directions of a plurality of regions on the object is obtained based on an output from the imaging unit, and d) the plurality of To the gradient vector in the region And obtaining the surface shape of the object, light from the objective lens to the object is substantially parallel light on the object, and in step c), the plurality of regions In each case, the imaging unit performs imaging without performing focus adjustment, and the vector from the reference position to the center of gravity position of the image of the light shielding pattern acquired by the imaging unit, the objective lens, and the object An inclination vector is obtained based on a predetermined distance between them .

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の表面形状測定方法であって、前記ｃ）工程において、前記照射領域の前記対象物に対する相対的な移動が連続的に行われる。   A seventh aspect of the present invention is the surface shape measuring method according to the sixth aspect, wherein in the step c), the relative movement of the irradiation region with respect to the object is continuously performed.

請求項８に記載の発明は、対象物上の膜内の応力を測定する応力測定方法であって、ａ）光源からの光を、対物レンズを有する光学系を介して対象物上の照射領域へと照射する工程と、ｂ）前記光源から前記対象物に至る光路上において開口絞り位置と光学的にほぼ共役な位置に遮光パターンが配置されており、前記照射領域からの前記光の反射光を前記対物レンズを介して所定の位置へと導き、前記所定の位置に結像された前記遮光パターンの像を撮像部により取得する工程と、ｃ）前記照射領域を前記対象物に対して相対的に移動しつつ前記ａ）工程および前記ｂ）工程を繰り返し、前記撮像部からの出力に基づいて前記対象物上の複数の領域の法線方向を示す傾斜ベクトルを求める工程と、ｄ）前記複数の領域における傾斜ベクトルに基づいて前記対象物の表面形状を求める工程と、ｅ）前記表面形状に基づいて応力測定領域の曲率半径を求める工程と、ｆ）前記応力測定領域における膜厚を光学的に測定する工程と、ｇ）前記応力測定領域における前記曲率半径および前記膜厚に基づいて前記応力測定領域における前記膜内の応力を求める工程とを備え、前記対物レンズから前記対象物への光は、前記対象物上においてほぼ平行光であり、前記ｃ）工程にて、前記複数の領域のそれぞれにおいて、フォーカス調整を行うことなく前記撮像部による撮像が行われ、前記撮像部により取得された前記遮光パターンの像の基準位置から重心位置に至るベクトルと、前記対物レンズと前記対象物との間の所定の距離とに基づいて傾斜ベクトルが求められる。 The invention according to claim 8 is a stress measurement method for measuring a stress in a film on an object, and a) irradiates light from a light source through an optical system having an objective lens. B) a light-shielding pattern is disposed at a position optically conjugate with the aperture stop position on the optical path from the light source to the object, and the reflected light of the light from the irradiation region To the predetermined position through the objective lens, and obtaining an image of the light shielding pattern imaged at the predetermined position by an imaging unit; c) relative to the object with the irradiation region The step a) and the step b) are repeated while moving, and a tilt vector indicating normal directions of a plurality of regions on the object is obtained based on an output from the imaging unit, and d) the step For gradient vectors in multiple regions A step of determining a surface shape of the object, e) a step of determining a radius of curvature of the stress measurement region based on the surface shape, and f) a step of optically measuring a film thickness in the stress measurement region; g) obtaining a stress in the film in the stress measurement region based on the radius of curvature and the film thickness in the stress measurement region, and light from the objective lens to the target is on the target In the step c), the imaging unit performs imaging without performing focus adjustment in the step c), and the image of the light shielding pattern acquired by the imaging unit is obtained. A tilt vector is obtained based on a vector from the reference position to the center of gravity position and a predetermined distance between the objective lens and the object .

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の応力測定方法であって、前記ｃ）工程において、前記照射領域の前記対象物に対する相対的な移動が連続的に行われる。   The invention according to claim 9 is the stress measurement method according to claim 8, wherein in the step c), the relative movement of the irradiation region with respect to the object is continuously performed.

請求項１、６および７の発明では、対象物の表面形状を容易かつ迅速に求めることができる。また、請求項７の発明では、対象物の表面形状をより迅速に求めることができる。   In the inventions of claims 1, 6 and 7, the surface shape of the object can be obtained easily and quickly. In the invention of claim 7, the surface shape of the object can be obtained more quickly.

請求項２ないし５、並びに、請求項８および９の発明では、対象物上の膜内の応力を容易かつ迅速に求めることができる。請求項３の発明では、装置の構造を簡素化することができる。請求項４の発明では、膜厚を高精度に求めることができる。請求項９の発明では、対象物上の膜内の応力をより迅速に求めることができる。   In the inventions of claims 2 to 5 and claims 8 and 9, the stress in the film on the object can be obtained easily and quickly. In the invention of claim 3, the structure of the apparatus can be simplified. In the invention of claim 4, the film thickness can be obtained with high accuracy. In invention of Claim 9, the stress in the film | membrane on a target object can be calculated | required more rapidly.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る応力測定装置１の構成を示す図である。応力測定装置１は、半導体基板９（以下、単に「基板９」という。）の主面上に形成された膜内の応力を測定する装置である。膜は、単層膜であってもよく、多層膜であってもよい。本実施の形態では、基板９上には配線パターン等のパターンは形成されていない。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a stress measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The stress measuring apparatus 1 is an apparatus for measuring stress in a film formed on a main surface of a semiconductor substrate 9 (hereinafter simply referred to as “substrate 9”). The film may be a single layer film or a multilayer film. In the present embodiment, a pattern such as a wiring pattern is not formed on the substrate 9.

図１に示すように、応力測定装置１は、基板９を保持する基板保持部であるステージ２、ステージ２を図１中のＸ方向およびＹ方向に移動するステージ移動機構２１、ステージ２を図１中のＺ方向に昇降するステージ昇降機構２４、基板９上の膜に対する偏光解析に用いられる情報を取得するエリプソメータ３、基板９からの反射光の分光強度を取得する光干渉ユニット４、並びに、これらの構成を制御する制御部５を備える。   As shown in FIG. 1, the stress measuring apparatus 1 includes a stage 2 that is a substrate holding unit that holds a substrate 9, a stage moving mechanism 21 that moves the stage 2 in the X direction and the Y direction in FIG. 1, a stage elevating mechanism 24 that moves up and down in the Z direction, an ellipsometer 3 that acquires information used for polarization analysis on the film on the substrate 9, an optical interference unit 4 that acquires the spectral intensity of the reflected light from the substrate 9, and The control part 5 which controls these structures is provided.

図２は、制御部５の構成を示す図である。図２に示すように、制御部５は、通常のコンピュータと同様に、各種演算処理を行うＣＰＵ５１、実行されるプログラムを記憶したり演算処理の作業領域となるＲＡＭ５２、基本プログラムを記憶するＲＯＭ５３、各種情報を記憶する固定ディスク５４、作業者に各種情報を表示するディスプレイ５５、および、キーボードやマウス等の入力部５６等を接続した構成となっている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the control unit 5. As shown in FIG. 2, the control unit 5 includes a CPU 51 that performs various arithmetic processes, a RAM 52 that stores programs to be executed or a work area for arithmetic processes, a ROM 53 that stores basic programs, as in a normal computer. A fixed disk 54 for storing various types of information, a display 55 for displaying various types of information to an operator, and an input unit 56 such as a keyboard and a mouse are connected.

図３は、制御部５のＣＰＵ５１（図２参照）等がプログラムに従って演算処理を行うことにより実現される機能を他の構成と共に示すブロック図であり、図３中の傾斜ベクトル算出部５１１、表面形状算出部５１２、曲率半径算出部５１３、応力算出部５１４、第１膜厚算出部５１５および第２膜厚算出部５１６が、ＣＰＵ５１等により実現される機能に相当する。なお、これらの機能は複数台のコンピュータにより実現されてもよい。   FIG. 3 is a block diagram showing functions realized by the CPU 51 (see FIG. 2) and the like of the control unit 5 performing arithmetic processing according to a program together with other configurations. The gradient vector calculating unit 511 and the surface in FIG. The shape calculation unit 512, the curvature radius calculation unit 513, the stress calculation unit 514, the first film thickness calculation unit 515, and the second film thickness calculation unit 516 correspond to functions realized by the CPU 51 and the like. Note that these functions may be realized by a plurality of computers.

図１に示すように、ステージ移動機構２１は、ステージ２を図１中のＸ方向に移動するＸ方向移動機構２２、および、Ｙ方向に移動するＹ方向移動機構２３を有する。Ｘ方向移動機構２２はモータ２２１にボールねじ（図示省略）が接続され、モータ２２１が回転することにより、Ｙ方向移動機構２３がガイドレール２２２に沿って図１中のＸ方向に移動する。Ｙ方向移動機構２３もＸ方向移動機構２２と同様の構成となっており、モータ２３１が回転するとボールねじ（図示省略）によりステージ２がガイドレール２３２に沿ってＹ方向に移動する。応力測定装置１では、ステージ移動機構２１により、エリプソメータ３および光干渉ユニット４から基板９上に照射される光の照射領域が基板９に対して相対的に移動される。   As shown in FIG. 1, the stage moving mechanism 21 has an X-direction moving mechanism 22 that moves the stage 2 in the X direction in FIG. 1 and a Y-direction moving mechanism 23 that moves in the Y direction. In the X-direction moving mechanism 22, a ball screw (not shown) is connected to the motor 221, and when the motor 221 rotates, the Y-direction moving mechanism 23 moves along the guide rail 222 in the X direction in FIG. The Y-direction moving mechanism 23 has the same configuration as the X-direction moving mechanism 22. When the motor 231 rotates, the stage 2 moves along the guide rail 232 in the Y direction by a ball screw (not shown). In the stress measuring apparatus 1, the irradiation area of the light irradiated on the substrate 9 from the ellipsometer 3 and the optical interference unit 4 is moved relative to the substrate 9 by the stage moving mechanism 21.

エリプソメータ３は、偏光した光（以下、「偏光光」という。）を基板９に向けて出射する光源ユニット３１、および、基板９からの偏光光の反射光を受光して反射光の偏光状態を取得する受光ユニット３２を備え、取得された偏光状態を示すデータは制御部５へと出力される。   The ellipsometer 3 receives the reflected light of the polarized light from the light source unit 31 that emits polarized light (hereinafter referred to as “polarized light”) toward the substrate 9, and the polarized light from the substrate 9, and changes the polarization state of the reflected light. The light receiving unit 32 to be acquired is provided, and data indicating the acquired polarization state is output to the control unit 5.

光源ユニット３１は、光ビームを出射する光源である半導体レーザ（ＬＤ）３１２、半導体レーザ３１２の出力を制御するＬＤ駆動制御部３１１、偏光フィルタ３１３、および、波長板（以下、「λ／４板」という。）３１４を備える。エリプソメータでは、光源ユニット３１の半導体レーザ３１２から出射された光ビームが偏光フィルタ３１３に入射し、偏光フィルタ３１３により直線偏光した光が取り出される。偏光フィルタ３１３からの光はλ／４板３１４に入射し、λ／４板３１４により円偏光の光に変換されてレンズ３３１を介して所定の入射角（例えば、７２°〜８０°）にてステージ２上の基板９表面へと導かれる。なお、光源ユニット３１には（具体的には、半導体レーザ３１２と偏光フィルタ３１３との間の光路上には）、光ビームを遮断する電磁シャッタ３１５が設けられ、電磁シャッタ３１５により基板９への光の照射がＯＮ／ＯＦＦ制御される。   The light source unit 31 includes a semiconductor laser (LD) 312 that is a light source that emits a light beam, an LD drive control unit 311 that controls the output of the semiconductor laser 312, a polarizing filter 313, and a wavelength plate (hereinafter referred to as “λ / 4 plate”). ”) 314. In the ellipsometer, the light beam emitted from the semiconductor laser 312 of the light source unit 31 enters the polarizing filter 313, and the linearly polarized light is extracted by the polarizing filter 313. The light from the polarization filter 313 enters the λ / 4 plate 314, is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate 314, and passes through the lens 331 at a predetermined incident angle (for example, 72 ° to 80 °). It is guided to the surface of the substrate 9 on the stage 2. The light source unit 31 (specifically, on the optical path between the semiconductor laser 312 and the polarization filter 313) is provided with an electromagnetic shutter 315 that blocks the light beam. Light irradiation is ON / OFF controlled.

受光ユニット３２は、回転検光子３２１およびフォトダイオード３２２を備える。エリプソメータ３では、光源ユニット３１から基板９に出射された光の反射光が、レンズ３３２を介して回転検光子３２１へと導かれ、光軸に平行な軸を中心として回転する回転検光子３２１を透過してフォトダイオード３２２により受光される。フォトダイオード３２２により受光された光の強度を示す信号は、ＡＤコンバータ３４を介して制御部５の第１膜厚算出部５１５（図３参照）へと出力され、フォトダイオード３２２の出力が回転検光子３２１の回転角に対応付けられることにより反射光の偏光状態が取得される。   The light receiving unit 32 includes a rotation analyzer 321 and a photodiode 322. In the ellipsometer 3, the reflected light of the light emitted from the light source unit 31 to the substrate 9 is guided to the rotation analyzer 321 through the lens 332, and the rotation analyzer 321 that rotates about an axis parallel to the optical axis is used. The light is transmitted and received by the photodiode 322. A signal indicating the intensity of light received by the photodiode 322 is output to the first film thickness calculation unit 515 (see FIG. 3) of the control unit 5 via the AD converter 34, and the output of the photodiode 322 is rotated. By associating with the rotation angle of the photon 321, the polarization state of the reflected light is acquired.

応力測定装置１では、エリプソメータ３の光源ユニット３１からの光の波長の確認に利用されるミラー２５がステージ２上に配置されており、ミラー２５は光源ユニット３１から照射される所定の入射角の光を鉛直方向の上方へと反射するように傾斜して設けられている。   In the stress measuring apparatus 1, a mirror 25 used for confirming the wavelength of light from the light source unit 31 of the ellipsometer 3 is arranged on the stage 2, and the mirror 25 has a predetermined incident angle irradiated from the light source unit 31. Inclined so as to reflect light upward in the vertical direction.

光干渉ユニット４は、白色光を照明光として出射する光源４１、基板９からの反射光を分光する分光器４２、後述する遮光パターンの像を取得する遮光パターン撮像部４３、基板９上の照明光の照射位置を撮像する基板撮像部４４、および、光学系４５を有し、光学系４５により光源４１からの照明光が基板９上の照射領域へと導かれるとともに当該照射領域からの反射光が分光器４２、遮光パターン撮像部４３および基板撮像部４４へと導かれる。   The light interference unit 4 includes a light source 41 that emits white light as illumination light, a spectroscope 42 that separates reflected light from the substrate 9, a light-shielding pattern imaging unit 43 that acquires a light-shielding pattern image to be described later, and illumination on the substrate 9 A substrate imaging unit 44 that captures an irradiation position of light and an optical system 45, and the illumination light from the light source 41 is guided to the irradiation region on the substrate 9 by the optical system 45 and reflected light from the irradiation region. Is guided to the spectroscope 42, the light shielding pattern imaging unit 43, and the substrate imaging unit 44.

具体的には、光ファイバ４５１の一端に光源４１からの照明光が導入され、他端に設けられたレンズ４５２から照明光が導出される。導出された照明光はレンズ４５０ａを介して開口絞り部４５３へと導かれる。開口絞り部４５３には所定の遮光パターン４５３ａ（例えば、十字に形成された標線）が設けられており、照明光は遮光パターン４５３ａに対応する部分が遮られつつレンズ４５０ｂを介して視野絞り部４５４へと導かれる。   Specifically, illumination light from the light source 41 is introduced into one end of the optical fiber 451, and illumination light is derived from a lens 452 provided at the other end. The derived illumination light is guided to the aperture stop 453 through the lens 450a. The aperture stop 453 is provided with a predetermined light shielding pattern 453a (for example, a marked line formed in a cross shape), and the illumination light is blocked by the field stop through the lens 450b while the portion corresponding to the light shielding pattern 453a is shielded. 454.

視野絞り部４５４にて視野が制限された照明光はレンズ４５０ｃを介してハーフミラー４５５へと導かれ、ハーフミラー４５５を透過してハーフミラー４５６へと導かれる。ハーフミラー４５６にて反射された照明光は、対物レンズ４５７を介して基板９上の照射領域に照射される。このとき、基板９上における照明光の照射領域の広さは、視野絞り部４５４による視野の制限に対応するが、開口絞り部４５３の遮光パターン４５３ａの像は基板９上には結像されない。応力測定装置１では、対物レンズ４５７として低倍率（本実施の形態では、１０倍）のものが使用され、当該対物レンズ４５７の焦点深度が約４μｍと比較的大きいため、対物レンズ４５７から基板９への光は、基板９上においてほぼ平行光となっている。   The illumination light whose field of view is limited by the field stop unit 454 is guided to the half mirror 455 through the lens 450c, and is transmitted to the half mirror 456 through the half mirror 455. The illumination light reflected by the half mirror 456 is applied to the irradiation area on the substrate 9 through the objective lens 457. At this time, the width of the illumination light irradiation region on the substrate 9 corresponds to the field limitation by the field stop unit 454, but the image of the light shielding pattern 453a of the aperture stop unit 453 is not formed on the substrate 9. In the stress measuring apparatus 1, an objective lens 457 having a low magnification (10 times in this embodiment) is used, and the objective lens 457 has a relatively large focal depth of about 4 μm. Is substantially parallel light on the substrate 9.

基板９からの反射光は、対物レンズ４５７を介してハーフミラー４５６へと導かれ、一部の光がハーフミラー４５５に向けて反射される。反射された光は、ハーフミラー４５５にてさらに反射され、レンズ４５０ｄを介して遮光パターン撮像部４３にて受光される。遮光パターン４５３ａから基板９の表面を経由して遮光パターン撮像部４３に至る光学系において、遮光パターン撮像部４３の位置は遮光パターン４５３ａと光学的に共役とされ、遮光パターン撮像部４３に遮光パターン４５３ａの像が結像され、遮光パターン４５３ａの画像データは制御部５の傾斜ベクトル算出部５１１（図３参照）へと出力される。   Reflected light from the substrate 9 is guided to the half mirror 456 via the objective lens 457, and a part of the light is reflected toward the half mirror 455. The reflected light is further reflected by the half mirror 455 and received by the light shielding pattern imaging unit 43 via the lens 450d. In the optical system from the light shielding pattern 453 a to the light shielding pattern imaging unit 43 via the surface of the substrate 9, the position of the light shielding pattern imaging unit 43 is optically conjugate with the light shielding pattern 453 a, and the light shielding pattern imaging unit 43 has a light shielding pattern. The image 453a is formed, and the image data of the light shielding pattern 453a is output to the inclination vector calculation unit 511 (see FIG. 3) of the control unit 5.

ハーフミラー４５６を透過した反射光はハーフミラー４５８を透過してハーフミラー４５９へと導かれ、一部の光が反射される。反射された光はレンズ４５０ｅを介して基板撮像部４４へと導かれ、受光される。基板撮像部４４の位置は視野絞り部４５４および基板９の表面の位置と光学的に共役とされるため、基板撮像部４４により基板９上の照明光の照射位置の像が撮像され、取得された画像データは制御部５へと出力される。   The reflected light transmitted through the half mirror 456 is transmitted through the half mirror 458 and guided to the half mirror 459, and a part of the light is reflected. The reflected light is guided to the substrate imaging unit 44 through the lens 450e and received. Since the position of the substrate imaging unit 44 is optically conjugate with the position of the surface of the field stop unit 454 and the substrate 9, an image of the irradiation position of the illumination light on the substrate 9 is captured and acquired by the substrate imaging unit 44. The image data is output to the control unit 5.

ハーフミラー４５９を透過した光はレンズ４５０ｆを介して分光器４２へと導かれる。光干渉ユニット４では、光源４１からの光の基板９上における照射領域からの反射光が、受光部である分光器４２により受光されて反射光の分光強度が取得され、当該分光強度のデータは制御部５の第２膜厚算出部５１６（図３参照）へと出力される。光干渉ユニット４では、レンズ４５０ａ〜４５０ｆ，４５２、光ファイバ４５１、開口絞り部４５３、視野絞り部４５４、ハーフミラー４５５，４５６，４５８，４５９および対物レンズ４５７により光学系４５が構成される。   The light transmitted through the half mirror 459 is guided to the spectroscope 42 through the lens 450f. In the optical interference unit 4, the reflected light from the irradiation region on the substrate 9 of the light from the light source 41 is received by the spectroscope 42 which is a light receiving unit, and the spectral intensity of the reflected light is acquired. The data is output to the second film thickness calculation unit 516 (see FIG. 3) of the control unit 5. In the optical interference unit 4, the lenses 450 a to 450 f and 452, the optical fiber 451, the aperture stop 453, the field stop 454, the half mirrors 455 456 458 and 459, and the objective lens 457 constitute an optical system 45.

次に、応力測定装置１による基板９上の膜内の応力測定の流れについて説明する。応力測定装置１では、光干渉ユニット４により基板９上の応力測定領域の曲率半径が求められ、エリプソメータ３または光干渉ユニット４により、当該応力測定領域における膜厚が求められ、これらの曲率半径、膜厚および基板９の厚さに基づいて応力測定領域における応力が求められる。   Next, the flow of measuring the stress in the film on the substrate 9 by the stress measuring device 1 will be described. In the stress measuring apparatus 1, the curvature radius of the stress measurement region on the substrate 9 is obtained by the optical interference unit 4, and the film thickness in the stress measurement region is obtained by the ellipsometer 3 or the optical interference unit 4, and these curvature radii, The stress in the stress measurement region is determined based on the film thickness and the thickness of the substrate 9.

応力測定装置１では、エリプソメータ３および制御部５の第１膜厚算出部５１５が、基板９上の膜の厚さを光学的に測定する膜厚測定部となっており、光干渉ユニット４および第２膜厚算出部５１６が、基板９上の膜の厚さを光学的に測定するもう１つの膜厚測定部となっている。基板９上の膜が比較的薄い場合には、エリプソメータ３からの偏光状態を示す出力に基づいて偏光解析方式による膜厚測定が第１膜厚算出部５１５において行われ、膜が比較的厚い、あるいは、多層膜の場合には、第２膜厚算出部５１６により、光干渉ユニット４からの分光強度を示す出力に基づいて分光反射率を求めつつ光干渉法により膜厚が算出される。 In the stress measurement apparatus 1, the ellipsometer 3 and the first film thickness calculation unit 515 of the control unit 5 are film thickness measurement units that optically measure the film thickness on the substrate 9, and the optical interference unit 4 and The second film thickness calculation unit 516 is another film thickness measurement unit that optically measures the thickness of the film on the substrate 9. When the film on the substrate 9 is relatively thin, the film thickness measurement by the ellipsometry method is performed in the first film thickness calculation unit 515 based on the output indicating the polarization state from the ellipsometer 3, and the film is relatively thick. Alternatively, in the case of a multilayer film, the second film thickness calculation unit 516 calculates the film thickness by optical interference while obtaining the spectral reflectance based on the output indicating the spectral intensity from the optical interference unit 4.

図４は、応力測定装置１による応力測定の流れを示す図である。図１に示す応力測定装置１により基板９上の膜内の応力が測定される際には、まず、基板９がステージ２上に載置され、基板９の表面上に設定された基準領域（すなわち、基板９の表面形状の測定において基準となる領域）が対物レンズ４５７の焦点深度内に位置するようにフォーカス調整が行われる。本実施の形態では、光学系４５を介して目視にて基板９の基準領域の像を確認しつつ、手動によりステージ昇降機構２４が操作されて基板９のフォーカス調整が行われる。フォーカスの調整が終了すると、ステージ移動機構２１によるステージ２および基板９の移動が開始される（ステップＳ１１）。   FIG. 4 is a diagram illustrating a flow of stress measurement by the stress measurement apparatus 1. When the stress in the film on the substrate 9 is measured by the stress measuring apparatus 1 shown in FIG. 1, first, the substrate 9 is placed on the stage 2, and a reference region (set on the surface of the substrate 9 ( That is, the focus adjustment is performed so that the reference region in the measurement of the surface shape of the substrate 9 is located within the focal depth of the objective lens 457. In the present embodiment, the stage lifting mechanism 24 is manually operated to adjust the focus of the substrate 9 while visually confirming the image of the reference region of the substrate 9 through the optical system 45. When the focus adjustment is completed, the stage moving mechanism 21 starts moving the stage 2 and the substrate 9 (step S11).

続いて、光干渉ユニット４の光源４１からの光が、対物レンズ４５７を有する光学系４５を介して基板９上の照射領域（図４では、「傾斜ベクトル測定領域」と記している。）へと照射され（ステップＳ１２）、照射領域からの反射光が、対物レンズ４５７を介して遮光パターン撮像部４３へと導かれて遮光パターン４５３ａの像が取得される（ステップＳ１３）。遮光パターン撮像部４３により取得された遮光パターン４５３ａの画像データは、制御部５の傾斜ベクトル算出部５１１（図３参照）へと出力される。   Subsequently, the light from the light source 41 of the optical interference unit 4 passes through the optical system 45 having the objective lens 457 to the irradiation area on the substrate 9 (indicated as “tilt vector measurement area” in FIG. 4). (Step S12), the reflected light from the irradiated region is guided to the light shielding pattern imaging unit 43 via the objective lens 457, and an image of the light shielding pattern 453a is acquired (Step S13). The image data of the light shielding pattern 453a acquired by the light shielding pattern imaging unit 43 is output to the inclination vector calculation unit 511 (see FIG. 3) of the control unit 5.

前述のように、遮光パターン撮像部４３の位置は、遮光パターン４５３ａに対して基板９の表面を経由して光学的に共役となる位置（遮光パターン４５３ａがほぼ開口絞り位置に位置することから、遮光パターン撮像部４３は、いわゆる、対物瞳位置にほぼ位置する。）であり、遮光パターン撮像部４３にて取得される画像中の遮光パターンの位置は、基板９の照明光の照射領域の法線方向（以下、「傾斜ベクトル」と呼ぶ。）に対応した位置となる。   As described above, the position of the light-shielding pattern imaging unit 43 is optically conjugate with respect to the light-shielding pattern 453a via the surface of the substrate 9 (since the light-shielding pattern 453a is located almost at the aperture stop position. The light-shielding pattern imaging unit 43 is substantially located at a so-called objective pupil position.) The position of the light-shielding pattern in the image acquired by the light-shielding pattern imaging unit 43 is a method of the illumination light irradiation area of the substrate 9. The position corresponds to the line direction (hereinafter referred to as “tilt vector”).

傾斜ベクトル算出部５１１では、傾斜ベクトルが鉛直方向（すなわち、Ｚ方向）を向くときの画像中の遮光パターンの重心位置（以下、「基準位置」という。）が予め記憶されており、基準位置を始点として、取得された画像中の遮光パターンの重心位置に至るベクトルを算出することにより、基板９の照射領域における傾斜ベクトルが求められる。   The inclination vector calculation unit 511 stores in advance the barycentric position (hereinafter referred to as “reference position”) of the light shielding pattern in the image when the inclination vector faces the vertical direction (that is, the Z direction). By calculating a vector reaching the center of gravity of the light shielding pattern in the acquired image as a starting point, an inclination vector in the irradiation region of the substrate 9 is obtained.

具体的には、対物レンズ４５７と基板９の表面との間の距離をｆ、鉛直方向と傾斜ベクトルとのなす角（以下、「傾斜角」という。）をθとし、対物レンズ４５７の位置にて基板９からの反射光を受光し、遮光パターン４５３ａの像を取得すると仮定すると、取得された画像において、遮光パターンの位置は基板９の傾斜角が０°であるときから傾斜に対応する方向に（ｆ×ｔａｎ（２θ））だけ移動する。よって、遮光パターン撮像部４３により取得される画像においては、（ｆ×ｔａｎ（２θ））に対物レンズ４５７の位置に対する倍率を乗じた距離だけ傾斜に対応する方向に移動することとなり、この距離および方向が前述の基準位置と検出される重心位置との間の距離および方向となる。傾斜ベクトル算出部５１１では、遮光パターン撮像部４３からの出力に基づいて求められる基準位置から当該重心位置に至るベクトル、および、対物レンズ４５７と基板９の表面との間の距離ｆにより、基板９の傾斜ベクトルが正確に求められる（ステップＳ１４）。   Specifically, the distance between the objective lens 457 and the surface of the substrate 9 is f, the angle between the vertical direction and the tilt vector (hereinafter referred to as “tilt angle”) is θ, and the position of the objective lens 457 is set. Assuming that the reflected light from the substrate 9 is received and an image of the light shielding pattern 453a is obtained, the position of the light shielding pattern in the acquired image is the direction corresponding to the inclination from the time when the inclination angle of the substrate 9 is 0 °. (F × tan (2θ)). Therefore, the image acquired by the light-shielding pattern imaging unit 43 moves in a direction corresponding to the inclination by a distance obtained by multiplying (f × tan (2θ)) by the magnification with respect to the position of the objective lens 457. The direction is the distance and direction between the reference position and the detected center of gravity position. In the tilt vector calculation unit 511, the substrate 9 is calculated based on the vector from the reference position obtained from the output from the light-shielding pattern imaging unit 43 to the center of gravity and the distance f between the objective lens 457 and the surface of the substrate 9. Are accurately obtained (step S14).

基板９上には、傾斜ベクトルが求められるべき複数の領域（以下、「傾斜ベクトル測定領域」という。）が設定されており、光源４１からの光の照射領域は、ステージ移動機構２１により基板９に対して相対的に移動されて次の傾斜ベクトル測定領域へと向かう（ステップＳ１５）。応力測定装置１では、光源４１からの光の照射領域の基板９に対する相対的な移動が連続的に行われており、基板９上の複数の傾斜ベクトル測定領域に対して、光の照射、遮光パターン４５３ａの取得、および、基板９の傾斜ベクトルの算出（ステップＳ１２〜Ｓ１５）が順次繰り返される。   On the substrate 9, a plurality of regions (hereinafter referred to as “tilt vector measurement regions”) for which tilt vectors are to be obtained are set, and the irradiation region of light from the light source 41 is set by the stage moving mechanism 21. To the next gradient vector measurement region (step S15). In the stress measuring apparatus 1, the relative movement of the light irradiation region from the light source 41 with respect to the substrate 9 is continuously performed, and light irradiation and light shielding are performed on a plurality of tilt vector measurement regions on the substrate 9. Acquisition of the pattern 453a and calculation of the inclination vector of the substrate 9 (steps S12 to S15) are sequentially repeated.

全ての傾斜ベクトル測定領域における傾斜ベクトルの算出が終了して次の傾斜ベクトル測定領域がないと判断されると、ステージ移動機構２１による基板９の移動が停止される（ステップＳ１６）。そして、制御部５の表面形状算出部５１２により、傾斜ベクトル算出部５１１により求められた基板９上の複数の傾斜ベクトル測定領域における基板９の傾斜ベクトルに基づいて、基板９の表面形状が求められる（ステップＳ１７）。   When the calculation of the tilt vectors in all the tilt vector measurement regions is completed and it is determined that there is no next tilt vector measurement region, the movement of the substrate 9 by the stage moving mechanism 21 is stopped (step S16). Then, the surface shape of the substrate 9 is obtained by the surface shape calculation unit 512 of the control unit 5 based on the inclination vectors of the substrate 9 in the plurality of inclination vector measurement regions on the substrate 9 obtained by the inclination vector calculation unit 511. (Step S17).

具体的には、複数の傾斜ベクトル測定領域のうちの１つである基準領域の高さ（すなわち、図１中のＺ方向の座標値）をＺａとし、基準領域と基準領域にＸ方向において隣接する１つの傾斜ベクトル測定領域（以下、「隣接領域」という。）との間の水平方向の距離（すなわち、Ｘ方向の距離）をＬとし、基準領域および隣接領域のそれぞれにおける基板９の傾斜ベクトルをＺＸ面に投影したものとＺ方向とのなす角それぞれθａおよびθｂとすると、隣接領域の高さＺｂは数１により求められる。 Specifically, the height of the reference area (that is, the coordinate value in the Z direction in FIG. 1), which is one of the plurality of inclination vector measurement areas, is Za, and is adjacent to the reference area and the reference area in the X direction. The horizontal distance (that is, the distance in the X direction) from one tilt vector measurement area (hereinafter referred to as “adjacent area”) to be L is L, and the tilt vector of the substrate 9 in each of the reference area and the adjacent area The height Zb of the adjacent region can be obtained by the following equation (1) where θ a and θ b are angles formed by the projection of Z on the ZX plane and the Z direction.

（数１）
Ｚｂ＝Ｚａ＋（ｔａｎθａ＋ｔａｎθｂ）Ｌ／２ (Equation 1)
Zb = Za + (tan θ a + tan θ b ) L / 2

表面形状算出部５１２では、各傾斜ベクトル測定領域の高さが、当該傾斜ベクトル測定領域における基板９の傾斜ベクトル、および、当該傾斜ベクトル測定領域に隣接する傾斜ベクトル測定領域の高さおよび傾斜ベクトルに基づいて基準領域から近い順に順次算出される。なお、一の傾斜ベクトル測定領域の高さは、複数通りの経路にて求められた高さの平均値とされてもよい。例えば、一の傾斜ベクトル測定領域を通ってＸ方向に伸びる直線上に設定された複数の傾斜ベクトル測定領域の傾斜ベクトルに基づいて求められた高さと、当該傾斜ベクトル測定領域を通ってＹ方向に伸びる直線上に設定された複数の傾斜ベクトル測定領域の傾斜ベクトルに基づいて求められた高さとの平均値が、当該傾斜ベクトル測定領域の傾斜ベクトルとされてもよい。   In the surface shape calculation unit 512, the height of each inclination vector measurement region is set to the inclination vector of the substrate 9 in the inclination vector measurement region, and the height and inclination vector of the inclination vector measurement region adjacent to the inclination vector measurement region. Based on this, the calculation is sequentially performed in order from the reference region. The height of one inclination vector measurement region may be an average value of heights obtained through a plurality of paths. For example, the height obtained based on the inclination vectors of a plurality of inclination vector measurement areas set on a straight line extending in the X direction through one inclination vector measurement area, and the Y direction through the inclination vector measurement area An average value with the height obtained based on the inclination vectors of the plurality of inclination vector measurement areas set on the extending straight line may be used as the inclination vector of the inclination vector measurement area.

応力測定装置１では、表面形状が平坦な基準基板（本実施の形態では、表面に膜が形成されていない基板が利用される。）に対して、上記と同様の表面形状測定工程（ステップＳ１１〜Ｓ１７）が予め行われており、基板９の各傾斜ベクトル測定領域に対応する領域の高さが求められて表面形状算出部５１２に記憶されている。   In the stress measuring apparatus 1, a surface shape measuring step (step S11) similar to the above is performed on a reference substrate having a flat surface shape (in this embodiment, a substrate on which no film is formed is used). To S17) are performed in advance, and the heights of the regions corresponding to the respective inclination vector measurement regions of the substrate 9 are obtained and stored in the surface shape calculation unit 512.

表面形状算出部５１２では、基板９の複数の傾斜ベクトル測定領域の高さから、予め記憶されている基準基板の複数の傾斜ベクトル測定領域の高さが減算された後、基板９の複数の傾斜ベクトル測定領域の間の領域の高さがスプライン補間やベジェ補間等により補間されて基板９の表面形状が求められる。このように、基板９の傾斜ベクトル測定領域の高さを基準基板の測定結果を用いて補正することにより、応力測定装置１の系統誤差を補正して基板９の表面形状を高精度に求めることができる。   The surface shape calculation unit 512 subtracts the heights of the plurality of inclination vector measurement regions of the reference substrate stored in advance from the heights of the plurality of inclination vector measurement regions of the substrate 9 and then the plurality of inclinations of the substrate 9. The height of the area between the vector measurement areas is interpolated by spline interpolation, Bezier interpolation or the like, and the surface shape of the substrate 9 is obtained. Thus, by correcting the height of the inclination vector measurement region of the substrate 9 using the measurement result of the reference substrate, the systematic error of the stress measuring device 1 is corrected and the surface shape of the substrate 9 is obtained with high accuracy. Can do.

図５．Ａは、基板９の表面形状を示す図である。図５．Ａでは、円板状の基板９の直径上に設定された複数の傾斜ベクトル測定領域の高さ、および、当該複数の傾斜ベクトル測定領域の高さから求められた表面形状を示している。図５．Ａに示すように、基板９は、測定対象とされた直径方向の一方側（すなわち、図５．Ａ中の左側）の部位において下向きに反っており、他方側の部位において上向きに反っている。   FIG. A is a view showing a surface shape of the substrate 9. FIG. A shows the height of a plurality of inclination vector measurement regions set on the diameter of the disk-shaped substrate 9 and the surface shape obtained from the heights of the plurality of inclination vector measurement regions. FIG. As shown to A, the board | substrate 9 is curled downward in the site | part (namely, left side in FIG. 5.A) of the diametrical direction made into the measurement object, and warped upward in the site | part of the other side. .

図５．Ａ中では、応力測定装置１により求められた基板９の表面形状を実線９０１にて示す。また、図５．Ａでは、比較例の他の測定装置による基板９の表面形状の測定結果を破線９０２にて示す。比較例の測定装置では、オートフォーカス機構を備えるステージ上に基板が載置され、ステージを昇降することにより基板上の複数の位置においてフォーカス調整が行われた後、当該複数の位置におけるフォーカス調整後のステージ高さに基づいて基板の表面形状が求められる。   FIG. In A, the surface shape of the substrate 9 obtained by the stress measuring device 1 is indicated by a solid line 901. In addition, FIG. In A, the measurement result of the surface shape of the substrate 9 by another measuring apparatus of the comparative example is indicated by a broken line 902. In the measurement apparatus of the comparative example, after the substrate is placed on a stage having an autofocus mechanism, the focus adjustment is performed at a plurality of positions on the substrate by moving the stage up and down, and then the focus adjustment at the plurality of positions is performed. The surface shape of the substrate is determined based on the stage height.

図５．Ａに示すように、比較例の測定装置による測定結果では、表面が実際には平坦である基板９の中央近傍の部位においても、オートフォーカス機構のバックラッシにより比較的大きな凹凸が生じているが、応力測定装置１では、基板９の実際の形状に対応する表面形状が高精度に測定されている。   FIG. As shown in A, in the measurement result by the measurement device of the comparative example, even in the vicinity of the center of the substrate 9 whose surface is actually flat, relatively large unevenness is caused by the backlash of the autofocus mechanism. In the stress measuring device 1, the surface shape corresponding to the actual shape of the substrate 9 is measured with high accuracy.

図５．Ｂは、応力測定装置１および比較例の測定装置による他の基板の表面形状の測定結果を示す図である。当該基板の表面には、配線パターン等のパターンが形成されており、当該パターン上から膜が形成されている。図５．Ｂに示す基板では、基板の直径方向の両側の部分が上向きに反っている。   FIG. B is a figure which shows the measurement result of the surface shape of the other board | substrate by the stress measuring apparatus 1 and the measuring apparatus of a comparative example. A pattern such as a wiring pattern is formed on the surface of the substrate, and a film is formed on the pattern. FIG. In the substrate shown in B, the portions on both sides in the diameter direction of the substrate are warped upward.

図５．Ｂでは、応力測定装置１による測定結果を実線９０３にて示し、比較例の測定装置による測定結果を破線９０４にて示す。図５．Ｂに示すように、パターンが形成された基板に対する測定においても、応力測定装置１は、比較例の測定装置に比べて高精度に表面形状を測定することができる。   FIG. In B, the measurement result by the stress measurement apparatus 1 is indicated by a solid line 903, and the measurement result by the measurement apparatus of the comparative example is indicated by a broken line 904. FIG. As shown in B, also in the measurement for the substrate on which the pattern is formed, the stress measurement device 1 can measure the surface shape with higher accuracy than the measurement device of the comparative example.

基板９の表面形状が測定されると、制御部５の曲率半径算出部５１３（図３参照）により、基板９上に設定された応力測定領域近傍の表面形状に基づいて（例えば、応力測定領域の高さ、および、応力測定領域の周囲の４点の高さに基づいて）、当該応力測定領域の曲率半径が求められる（ステップＳ１８）。応力測定領域近傍の部位をＺＸ面にて切断した断面における当該部位の曲率が、ＺＹ面にて切断した断面における当該部位の曲率とほぼ等しいことが予め分かっている場合には、応力測定領域の曲率半径は、例えば、応力測定領域の高さ、および、当該応力測定領域のＸ方向の両側に位置する２点の高さに基づいて求められてもよい。なお、応力測定領域は、基板９上の複数の傾斜ベクトル測定領域と一致していてもよく、複数の傾斜ベクトル測定領域の間に設定されてもよい。また、基板９上に複数の応力測定領域が設定されてよい。   When the surface shape of the substrate 9 is measured, the curvature radius calculation unit 513 (see FIG. 3) of the control unit 5 determines the surface shape near the stress measurement region set on the substrate 9 (for example, the stress measurement region). And the radius of curvature of the stress measurement region is determined (step S18). If it is known in advance that the curvature of the part in the cross section cut along the ZX plane in the vicinity of the stress measurement area is substantially equal to the curvature of the part in the cross section cut along the ZY plane, The curvature radius may be obtained based on, for example, the height of the stress measurement region and the heights of two points located on both sides of the stress measurement region in the X direction. The stress measurement region may coincide with the plurality of inclination vector measurement regions on the substrate 9 or may be set between the plurality of inclination vector measurement regions. In addition, a plurality of stress measurement regions may be set on the substrate 9.

応力測定領域の曲率半径が求められると、エリプソメータ３および第１膜厚算出部５１５、または、光干渉ユニット４および第２膜厚算出部５１６により（すなわち、応力測定装置１の膜厚測定部により）、当該応力測定領域における基板９上の膜厚が光学的に測定される（ステップＳ１９）。以下、エリプソメータ３による膜厚測定について説明し、その後、光干渉ユニット４による膜厚測定について説明する。   When the curvature radius of the stress measurement region is obtained, the ellipsometer 3 and the first film thickness calculation unit 515 or the optical interference unit 4 and the second film thickness calculation unit 516 (that is, by the film thickness measurement unit of the stress measurement device 1). ), The film thickness on the substrate 9 in the stress measurement region is optically measured (step S19). Hereinafter, the film thickness measurement by the ellipsometer 3 will be described, and then the film thickness measurement by the optical interference unit 4 will be described.

エリプソメータ３により膜厚が測定される際には、まず、ステージ移動機構２１により、ステージ２上のミラー２５が、光源ユニット３１からのレーザ光の照射位置へと移動し、光源ユニット３１からのレーザ光がミラー２５にて反射され、光干渉ユニット４の分光器４２へと導かれる。分光器４２では、受光した光の分光強度が取得され、その結果、実質的に、半導体レーザ３１２が出射するレーザ光の波長の確認（以下、「レーザ波長キャリブレーション」という。）が行われる。取得されたレーザ光の波長は、制御部５の第１膜厚算出部５１５（図３参照）へと出力され、エリプソメータ３による膜厚測定の際に利用される。   When the film thickness is measured by the ellipsometer 3, first, the mirror 25 on the stage 2 is moved to the irradiation position of the laser beam from the light source unit 31 by the stage moving mechanism 21, and the laser from the light source unit 31 is moved. The light is reflected by the mirror 25 and guided to the spectroscope 42 of the optical interference unit 4. The spectroscope 42 acquires the spectral intensity of the received light, and as a result, substantially confirms the wavelength of the laser light emitted from the semiconductor laser 312 (hereinafter referred to as “laser wavelength calibration”). The acquired wavelength of the laser beam is output to the first film thickness calculation unit 515 (see FIG. 3) of the control unit 5 and is used when the ellipsometer 3 measures the film thickness.

続いて、光干渉ユニット４の光源４１から照明光が出射されるとともに基板撮像部４４にて基板９の画像が取得され、当該画像に基づいてステージ移動機構２１が基板９をステージ２と共に移動することにより、エリプソメータ３の光源ユニット３１からの偏光光の照射位置が基板９上の応力測定領域に合わせられる。位置調整が終了すると、光源ユニット３１から偏光光が基板９へと出射され、受光ユニット３２にて反射光の偏光状態が取得される。   Subsequently, illumination light is emitted from the light source 41 of the optical interference unit 4 and an image of the substrate 9 is acquired by the substrate imaging unit 44, and the stage moving mechanism 21 moves the substrate 9 together with the stage 2 based on the image. Thereby, the irradiation position of the polarized light from the light source unit 31 of the ellipsometer 3 is matched with the stress measurement region on the substrate 9. When the position adjustment is completed, polarized light is emitted from the light source unit 31 to the substrate 9, and the polarization state of the reflected light is acquired by the light receiving unit 32.

制御部５の第１膜厚算出部５１５（図３参照）では、表面形状算出部５１２により求められた基板９の表面形状から、応力測定領域の傾斜ベクトルが算出され、偏光光の応力測定領域に対する正確な入射角が求められる。そして、当該偏光光の入射角、および、レーザ波長キャリブレーションにより取得された光源ユニット３１からの偏光光の波長を用いつつ、受光ユニット３２により取得された偏光状態に基づいて（正確には、光源ユニット３１からの光の偏光状態も利用される。）、基板９上の応力測定領域における膜の厚さが求められる。なお、応力測定領域が複数の傾斜ベクトル測定領域のいずれかと一致している場合には、傾斜ベクトルの測定中に基板９からの反射光の偏光状態が取得されてもよい。   In the first film thickness calculation unit 515 (see FIG. 3) of the control unit 5, the inclination vector of the stress measurement region is calculated from the surface shape of the substrate 9 obtained by the surface shape calculation unit 512, and the stress measurement region of the polarized light is calculated. An accurate incident angle with respect to is required. Then, based on the polarization state acquired by the light receiving unit 32 while using the incident angle of the polarized light and the wavelength of the polarized light from the light source unit 31 acquired by laser wavelength calibration (more precisely, the light source The polarization state of the light from the unit 31 is also used.) The film thickness in the stress measurement region on the substrate 9 is obtained. When the stress measurement region matches any of the plurality of tilt vector measurement regions, the polarization state of the reflected light from the substrate 9 may be acquired during the tilt vector measurement.

応力測定装置１では、エリプソメータ３のレーザ波長キャリブレーションが膜厚測定前に行われることにより、周囲の温度変化や光源ユニット３１の各構成の特性変化等により光源ユニット３１からの光の波長が変化した場合であっても、膜厚を精度良く求めることができる。また、表面形状算出部５１２により求められた基板９の表面形状を利用して基板９の傾きを補正することにより、応力測定領域における膜厚を精度良く求めることができる。   In the stress measurement apparatus 1, the laser wavelength calibration of the ellipsometer 3 is performed before the film thickness measurement, so that the wavelength of light from the light source unit 31 changes due to changes in ambient temperature, changes in the characteristics of each component of the light source unit 31, and the like. Even in this case, the film thickness can be obtained with high accuracy. Further, by correcting the inclination of the substrate 9 using the surface shape of the substrate 9 obtained by the surface shape calculating unit 512, the film thickness in the stress measurement region can be obtained with high accuracy.

次に、光干渉ユニット４による膜厚測定について説明する。光干渉ユニット４により膜厚が測定される際には、まず、光干渉ユニット４において、光源４１からの照明光が光学系４５を介して基板９の応力測定領域へと導かれ、基板９からの反射光が分光器４２へと導かれる。そして、分光器４２にて反射光の分光強度が取得され、基板９の分光強度データが制御部５の第２膜厚算出部５１６へと出力される。   Next, the film thickness measurement by the optical interference unit 4 will be described. When the film thickness is measured by the optical interference unit 4, first, in the optical interference unit 4, illumination light from the light source 41 is guided to the stress measurement region of the substrate 9 through the optical system 45, and from the substrate 9. Is reflected to the spectroscope 42. Then, the spectroscope 42 acquires the spectral intensity of the reflected light, and the spectral intensity data of the substrate 9 is output to the second film thickness calculator 516 of the controller 5.

応力測定装置１では、光干渉ユニット４により、参照される基板（本実施の形態では、シリコン基板であり、以下、「参照基板」という。）の分光強度が予め取得されて第２膜厚算出部５１６に記憶されている。また、参照基板上に生じている二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の自然酸化膜の膜厚が、エリプソメータ３および第１膜厚算出部５１５により予め測定されて第２膜厚算出部５１６に記憶されている。第２膜厚算出部５１６では、エリプソメータ３により測定された自然酸化膜の膜厚から、参照基板の（垂直）分光反射率が理論的演算により算出され、「理論分光反射率」として予め記憶されている。 In the stress measurement apparatus 1, the optical interference unit 4 obtains in advance the spectral intensity of a substrate to be referred to (in this embodiment, a silicon substrate, hereinafter referred to as “reference substrate”), and calculates the second film thickness. Stored in the unit 516. Further, the film thickness of the native oxide film of silicon dioxide (SiO 2 ) generated on the reference substrate is measured in advance by the ellipsometer 3 and the first film thickness calculator 515 and stored in the second film thickness calculator 516. Yes. In the second film thickness calculation unit 516, the (vertical) spectral reflectance of the reference substrate is calculated by theoretical calculation from the film thickness of the natural oxide film measured by the ellipsometer 3, and stored in advance as “theoretical spectral reflectance”. ing.

第２膜厚算出部５１６では、参照基板の理論分光反射率に基づいて参照基板および基板９の分光強度から基板９の分光反射率が求められる。ここで、参照基板の理論分光反射率をＲｃ（λ）、参照基板の分光強度をＩｃ（λ）、基板９の分光強度をＩｍ（λ）とし、基板９の分光反射率をＲｍ（λ）とすると、基板９の分光反射率Ｒｍ（λ）は数２により求められる。   The second film thickness calculator 516 obtains the spectral reflectance of the substrate 9 from the spectral intensities of the reference substrate and the substrate 9 based on the theoretical spectral reflectance of the reference substrate. Here, the theoretical spectral reflectance of the reference substrate is Rc (λ), the spectral intensity of the reference substrate is Ic (λ), the spectral intensity of the substrate 9 is Im (λ), and the spectral reflectance of the substrate 9 is Rm (λ). Then, the spectral reflectance Rm (λ) of the substrate 9 can be obtained by Equation 2.

（数２）
Ｒｍ（λ）＝（Ｉｍ（λ）／Ｉｃ（λ））×Ｒｃ（λ） (Equation 2)
Rm (λ) = (Im (λ) / Ic (λ)) × Rc (λ)

すなわち、基板９の分光反射率は光干渉ユニット４により求められた基板９の分光強度に対して参照基板の理論分光反射率と参照基板の分光強度との比を乗じることにより求められる。第２膜厚算出部５１６では、さらに、基板９の分光反射率から基板９上の応力測定領域における膜厚が精度良く求められる。なお、応力測定領域が複数の傾斜ベクトル測定領域のいずれかと一致している場合には、傾斜ベクトルの測定中に基板９からの反射光の分光強度が取得されてもよい。   That is, the spectral reflectance of the substrate 9 is obtained by multiplying the spectral intensity of the substrate 9 obtained by the optical interference unit 4 by the ratio of the theoretical spectral reflectance of the reference substrate and the spectral intensity of the reference substrate. In the second film thickness calculation unit 516, the film thickness in the stress measurement region on the substrate 9 is further accurately obtained from the spectral reflectance of the substrate 9. Note that when the stress measurement region matches any one of the plurality of tilt vector measurement regions, the spectral intensity of the reflected light from the substrate 9 may be acquired during the tilt vector measurement.

上述のように、膜厚測定が終了すると、ステップＳ１８，Ｓ１９において曲率半径算出部５１３および膜厚測定部（すなわち、エリプソメータ３および第１膜厚算出部５１５、または、光干渉ユニット４および第２膜厚算出部５１６）により求められた応力測定領域の曲率半径および膜厚、並びに、制御部５の入力部５６（図２参照）を介して予め入力されている基板９の厚さに基づいて、制御部５の応力算出部５１４により、応力測定領域における膜内の応力が求められる（ステップＳ２０）。ここで、応力測定領域における曲率半径および膜厚をそれぞれＲおよびｈｆとし、基板９の厚さをｈとし、基板９のヤング率およびポアソン比をそれぞれＥおよびνとすれば、応力測定領域における膜内の応力σは数３により求められる。 As described above, when the film thickness measurement is completed, the curvature radius calculation unit 513 and the film thickness measurement unit (that is, the ellipsometer 3 and the first film thickness calculation unit 515, or the optical interference unit 4 and the second in step S18 and S19). Based on the curvature radius and film thickness of the stress measurement region obtained by the film thickness calculation unit 516) and the thickness of the substrate 9 input in advance via the input unit 56 (see FIG. 2) of the control unit 5. The stress in the film in the stress measurement region is obtained by the stress calculation unit 514 of the control unit 5 (step S20). Here, the radius of curvature R and, respectively the thickness and h f in the stress measurement region, the thickness of the substrate 9 is h, if the Young's modulus and Poisson's ratio of the substrate 9 respectively E and [nu, in stress measurement region The stress σ in the film is obtained by Equation 3.

（数３）
σ＝（Ｅ／（１−ν））×（ｈ２／（６Ｒｈｆ）） (Equation 3)
σ = (E / (1-ν)) × (h 2 / (6Rh f ))

以上に説明したように、応力測定装置１では、開口絞り部４５３に配置された遮光パターン４５３ａの像を遮光パターン撮像部４３により取得することにより、基板９上の複数の傾斜ベクトル測定領域における基板９の傾斜ベクトルが求められ、当該複数の傾斜ベクトルに基づいて基板９の表面形状が求められる。そして、当該表面形状に基づいて求められた応力測定領域の曲率半径と、エリプソメータ３または光干渉ユニット４を利用して求められた当該応力測定領域における膜厚と、基板９の厚さとに基づいて応力測定領域における膜内の応力が求められる。   As described above, in the stress measurement device 1, the image of the light shielding pattern 453 a arranged in the aperture stop unit 453 is acquired by the light shielding pattern imaging unit 43, so that the substrate in a plurality of tilt vector measurement regions on the substrate 9. 9 inclination vectors are obtained, and the surface shape of the substrate 9 is obtained based on the plurality of inclination vectors. Then, based on the radius of curvature of the stress measurement region obtained based on the surface shape, the film thickness in the stress measurement region obtained using the ellipsometer 3 or the optical interference unit 4, and the thickness of the substrate 9. The stress in the film in the stress measurement region is obtained.

応力測定装置１では、基板９上の傾斜ベクトル測定領域の傾斜ベクトルを求める際に、比較的低倍率の対物レンズ４５７を介して基板９に光を照射し、基板９からの反射光を遮光パターン撮像部４３により受光することにより遮光パターン４５３ａの像を取得している。上述のように、対物レンズ４５７の焦点深度は比較的大きいため、基板９上の傾斜ベクトル測定領域が、上下方向（すなわち、図１中のＺ方向）に関して基準領域（すなわち、フォーカス調整が行われた領域）から多少ずれている場合であっても、対物レンズ４５７の焦点深度の範囲内に位置していれば、遮光パターン４５３ａと遮光パターン撮像部４３との結像関係に影響を生じることなく、遮光パターン４５３ａの像を高精度に取得することができる。   In the stress measuring apparatus 1, when the inclination vector of the inclination vector measurement region on the substrate 9 is obtained, the substrate 9 is irradiated with light through the objective lens 457 having a relatively low magnification, and the reflected light from the substrate 9 is shielded from light. An image of the light shielding pattern 453 a is acquired by receiving light by the imaging unit 43. As described above, since the depth of focus of the objective lens 457 is relatively large, the tilt vector measurement region on the substrate 9 is the reference region (that is, focus adjustment is performed) with respect to the vertical direction (that is, the Z direction in FIG. 1). Even if it is slightly deviated from the image area), if it is located within the range of the focal depth of the objective lens 457, the imaging relationship between the light shielding pattern 453a and the light shielding pattern imaging unit 43 is not affected. The image of the light shielding pattern 453a can be acquired with high accuracy.

また、対物レンズ４５７から基板９に導かれる光は、基板９上においてほぼ平行光となっているため、傾斜ベクトル測定領域が焦点深度の範囲から多少ずれている場合であっても、遮光パターン４５３ａの像を精度良く取得することができる。これにより、基板９上の複数の傾斜ベクトル測定領域のそれぞれにおいて傾斜ベクトルを測定する際に、各傾斜ベクトル測定領域においてフォーカス調整を行うことなく、迅速かつ高精度に測定を行うことができ、基板９の表面形状を迅速かつ高精度に求めることができる。   Further, since the light guided from the objective lens 457 to the substrate 9 is substantially parallel light on the substrate 9, even if the tilt vector measurement region is slightly deviated from the focus depth range, the light shielding pattern 453a. Can be acquired with high accuracy. Thereby, when measuring the inclination vector in each of the plurality of inclination vector measurement areas on the substrate 9, it is possible to perform the measurement quickly and with high accuracy without performing the focus adjustment in each inclination vector measurement area. 9 surface shape can be obtained quickly and with high accuracy.

応力測定装置１の光干渉ユニット４では、光源４１から出射される白色光により遮光パターン４５３ａの像が結像される。このため、基板９や基板９上の膜が特定の波長帯の光を吸収する材料により形成されている場合であっても、基板９等により吸収される波長帯以外の波長帯の光により、遮光パターン４５３ａの像を遮光パターン撮像部４３上に結像することができる。その結果、基板９や膜の材料にかかわらず、様々な種類の膜が形成された様々な種類の基板の傾斜ベクトルおよび表面形状を容易かつ高精度に求めることができる。   In the optical interference unit 4 of the stress measuring device 1, an image of the light shielding pattern 453 a is formed by the white light emitted from the light source 41. For this reason, even when the substrate 9 or the film on the substrate 9 is formed of a material that absorbs light of a specific wavelength band, light in a wavelength band other than the wavelength band absorbed by the substrate 9 or the like, An image of the light shielding pattern 453 a can be formed on the light shielding pattern imaging unit 43. As a result, irrespective of the substrate 9 and the material of the film, it is possible to easily and highly accurately determine the gradient vectors and surface shapes of various types of substrates on which various types of films are formed.

さらには、光干渉ユニット４では、遮光パターン４５３ａと遮光パターン撮像部４３とは光学的に共役とされているが、遮光パターン４５３ａと基板９とは共役にはされておらず、遮光パターン４５３ａの像は基板９上には結像されない。このため、基板９上にパターンが形成されている場合であっても、遮光パターン撮像部４３により取得される遮光パターン４５３ａの像は、基板９上のパターンの影響を受けない。このため、基板９上のパターンの有無にかかわらず、様々な種類の基板の傾斜ベクトルおよび表面形状を容易かつ高精度に求めることができる。   Further, in the optical interference unit 4, the light shielding pattern 453a and the light shielding pattern imaging unit 43 are optically conjugate, but the light shielding pattern 453a and the substrate 9 are not conjugate, and the light shielding pattern 453a An image is not formed on the substrate 9. For this reason, even when a pattern is formed on the substrate 9, the image of the light shielding pattern 453 a acquired by the light shielding pattern imaging unit 43 is not affected by the pattern on the substrate 9. For this reason, regardless of the presence or absence of the pattern on the substrate 9, the inclination vector and the surface shape of various types of substrates can be obtained easily and with high accuracy.

このように、応力測定装置１では、基板９の表面形状を容易かつ迅速に精度良く求めることができるため、当該表面形状に基づいて求められる応力測定領域の曲率半径、応力測定領域における膜厚、および、基板９の厚さに基づいて、応力測定領域における膜内の応力を容易かつ迅速に精度良く求めることができる。   As described above, in the stress measuring apparatus 1, since the surface shape of the substrate 9 can be obtained easily and quickly with high accuracy, the radius of curvature of the stress measuring region obtained based on the surface shape, the film thickness in the stress measuring region, Based on the thickness of the substrate 9, the stress in the film in the stress measurement region can be obtained easily and quickly with high accuracy.

応力測定装置１における傾斜ベクトルの測定では、光干渉ユニット４による照明光の照射領域を基板９に対して連続的に相対移動することにより、複数の傾斜ベクトル測定領域における基板９の傾斜をより迅速に取得することができる。その結果、基板９の表面形状、および、応力測定領域における膜内の応力をさらに迅速に求めることができる。   In the measurement of the tilt vector in the stress measuring device 1, the tilt of the substrate 9 in a plurality of tilt vector measurement regions can be made faster by continuously moving the illumination light irradiation region by the light interference unit 4 relative to the substrate 9. Can be obtained. As a result, the surface shape of the substrate 9 and the stress in the film in the stress measurement region can be obtained more quickly.

応力測定装置１における膜厚測定では、エリプソメータ３を利用することにより、比較的薄い膜の膜厚を高精度に測定することができる。また、膜厚測定に光干渉ユニット４を利用することにより、比較的厚い膜や多層膜の膜厚を高精度に測定することができる。光干渉ユニット４では、基板９の表面形状の測定に利用される光学系４５を利用して膜厚の測定を行うことができるため、応力測定装置１の構造を簡素化することができる。   In the film thickness measurement in the stress measuring apparatus 1, by using the ellipsometer 3, the film thickness of a relatively thin film can be measured with high accuracy. Further, by using the optical interference unit 4 for film thickness measurement, the film thickness of a relatively thick film or multilayer film can be measured with high accuracy. In the optical interference unit 4, the film thickness can be measured using the optical system 45 that is used for measuring the surface shape of the substrate 9, so that the structure of the stress measuring device 1 can be simplified.

応力測定装置１は、基板９を保持するステージ２、ステージ移動機構２１、光干渉ユニット４の光源４１、光学系４５、遮光パターン４５３ａおよび遮光パターン撮像部４３、並びに、制御部５の傾斜ベクトル算出部５１１および表面形状算出部５１２のみを用い、応力測定を行うことなく、基板９の表面形状を測定する表面形状測定装置として利用することもできる。   The stress measuring apparatus 1 includes a stage 2 that holds the substrate 9, a stage moving mechanism 21, a light source 41 of the light interference unit 4, an optical system 45, a light shielding pattern 453 a and a light shielding pattern imaging unit 43, and a tilt vector calculation of the control unit 5. Only the part 511 and the surface shape calculation part 512 can be used as a surface shape measuring apparatus for measuring the surface shape of the substrate 9 without performing stress measurement.

上述のように、応力測定装置１では、複数の傾斜ベクトル測定領域に対してフォーカス調整を繰り返すことなく遮光パターン４５３ａの像を取得して基板９の傾斜ベクトルを迅速かつ高精度に求めることができ、また、基板９や膜の材料、および、基板９上のパターンの有無にかかわらず様々な種類の基板の傾斜ベクトルを容易かつ迅速に高精度に求めることができる。したがって、応力測定装置１を表面形状測定装置として利用した場合も、同様に、基板９の傾斜ベクトルに基づいて基板９の表面形状を容易かつ迅速に高精度に求めることができる。   As described above, the stress measuring apparatus 1 can obtain an image of the light-shielding pattern 453a without repeating focus adjustment for a plurality of tilt vector measurement regions, and can quickly and accurately determine the tilt vector of the substrate 9. In addition, the gradient vectors of various types of substrates can be easily and quickly obtained with high accuracy regardless of the material of the substrate 9 and the film and the presence or absence of the pattern on the substrate 9. Therefore, even when the stress measuring device 1 is used as a surface shape measuring device, the surface shape of the substrate 9 can be easily and quickly obtained with high accuracy based on the inclination vector of the substrate 9.

また、上述のように、応力測定装置１における傾斜ベクトルの測定では、光干渉ユニット４による照明光の照射領域を基板９に対して連続的に相対移動することにより、複数の傾斜ベクトル測定領域における基板９の傾斜をより迅速に取得することができる。その結果、基板９の表面形状をさらに迅速に求めることができる。   Further, as described above, in the measurement of the inclination vector in the stress measuring device 1, the illumination light irradiation area by the optical interference unit 4 is continuously moved relative to the substrate 9 to thereby change the inclination vector measurement area in a plurality of inclination vector measurement areas. The inclination of the substrate 9 can be acquired more quickly. As a result, the surface shape of the substrate 9 can be obtained more quickly.

次に、本発明の第２の実施の形態に係る応力測定装置について説明する。図６は、第２の実施の形態に係る応力測定装置１ａの構成を示す図である。図６に示すように、応力測定装置１ａは、図１に示す応力測定装置１の構成に加えて、光干渉ユニット４の対物レンズ４５７とステージ２との間の上下方向（すなわち、図６中のＺ方向）の距離、または、対物レンズ４５７とステージ２上に保持された基板９の表面との間の上下方向の距離を検出する距離検出部であるオートフォーカス検出ユニット（以下、「ＡＦ検出ユニット」という。）４６を備える。その他の構成は、図１に示す応力測定装置１とほぼ同様であり、以下の説明において同符号を付す。また、応力測定装置１ａによる基板９上の膜内の応力測定の流れも、第１の実施の形態とほぼ同様である。なお、図６では、図面の簡素化のために制御部５の図示を省略している。   Next, a stress measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a stress measurement apparatus 1a according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, in addition to the configuration of the stress measurement device 1 shown in FIG. 1, the stress measurement device 1a includes a vertical direction between the objective lens 457 of the optical interference unit 4 and the stage 2 (that is, in FIG. 6). In the Z direction), or an auto focus detection unit (hereinafter referred to as “AF detection”) that is a distance detection unit that detects a distance in the vertical direction between the objective lens 457 and the surface of the substrate 9 held on the stage 2. 46 ”). Other configurations are substantially the same as those of the stress measuring apparatus 1 shown in FIG. 1, and the same reference numerals are given in the following description. The flow of measuring the stress in the film on the substrate 9 by the stress measuring device 1a is almost the same as that in the first embodiment. In FIG. 6, the control unit 5 is not shown for the sake of simplicity.

図６に示すように、ＡＦ検出ユニット４６は、光ビームを出射する半導体レーザ４６１、シリンドリカルレンズ４６２、および、受光する光の位置をＰＳＤ（Position Sensitive Detector）素子により検出するＡＦ検出部４６３を備える。ステージ２上に基板９が載置されている状態では、半導体レーザ４６１から出射された光ビームは光学系４５の対物レンズ４５７を介して基板９の表面へと照射される。基板９からの光ビームの反射光は対物レンズ４５７を介してＡＦ検出ユニット４６のシリンドリカルレンズ４６２へと導かれ、さらに、ＡＦ検出部４６３へと導かれる。ＡＦ検出部４６３では、基板９からの反射光の受光位置により対物レンズ４５７と基板９の表面との間の距離が検出される。また、ステージ２上に基板９が載置されていない状態では、対物レンズ４５７とステージ２の表面との間の距離が検出される。   As shown in FIG. 6, the AF detection unit 46 includes a semiconductor laser 461 that emits a light beam, a cylindrical lens 462, and an AF detection unit 463 that detects the position of light to be received by a PSD (Position Sensitive Detector) element. . In a state where the substrate 9 is placed on the stage 2, the light beam emitted from the semiconductor laser 461 is irradiated onto the surface of the substrate 9 through the objective lens 457 of the optical system 45. The reflected light of the light beam from the substrate 9 is guided to the cylindrical lens 462 of the AF detection unit 46 through the objective lens 457 and further to the AF detection unit 463. The AF detection unit 463 detects the distance between the objective lens 457 and the surface of the substrate 9 based on the light receiving position of the reflected light from the substrate 9. Further, when the substrate 9 is not placed on the stage 2, the distance between the objective lens 457 and the surface of the stage 2 is detected.

図７は、応力測定装置１ａの制御部５の機能を他の構成と共に示すブロック図である。図７に示すように、応力測定装置１ａの制御部５は、基板９の厚さを求める基板厚さ算出部５１７をさらに備える。その他の構成は図３と同様である。   FIG. 7 is a block diagram showing the function of the control unit 5 of the stress measuring apparatus 1a together with other configurations. As shown in FIG. 7, the control unit 5 of the stress measurement device 1 a further includes a substrate thickness calculation unit 517 that calculates the thickness of the substrate 9. Other configurations are the same as those in FIG.

応力測定装置１ａでは、ＡＦ検出ユニット４６のＡＦ検出部４６３において、対物レンズ４５７と基板９との間の距離、および、基板９を保持していない状態における対物レンズ４５７とステージ２との間の距離が検出されて制御部５の基板厚さ算出部５１７に出力される。そして、基板厚さ算出部５１７では、当該２つの距離に基づいて基板９の厚さが求められる。本実施の形態では、当該２つの距離の差が基板９の厚さとして求められる。   In the stress measurement device 1a, the AF detection unit 463 of the AF detection unit 46 has a distance between the objective lens 457 and the substrate 9 and a distance between the objective lens 457 and the stage 2 when the substrate 9 is not held. The distance is detected and output to the substrate thickness calculator 517 of the controller 5. Then, the substrate thickness calculation unit 517 determines the thickness of the substrate 9 based on the two distances. In the present embodiment, the difference between the two distances is obtained as the thickness of the substrate 9.

基板厚さ算出部５１７にて求められた基板９の厚さは、応力測定装置１ａによる基板９上の膜内の応力測定において、図４のステップＳ２０に示す応力算出部５１４による応力の算出に利用される。この場合、制御部５の入力部５６からの基板９の厚さの入力は省略される。   The thickness of the substrate 9 obtained by the substrate thickness calculation unit 517 is used to calculate the stress by the stress calculation unit 514 shown in step S20 of FIG. 4 in the stress measurement in the film on the substrate 9 by the stress measurement device 1a. Used. In this case, the input of the thickness of the substrate 9 from the input unit 56 of the control unit 5 is omitted.

第２の実施の形態に係る応力測定装置１ａでは、第１の実施の形態と同様に、基板９上の応力測定領域における膜内の応力を容易かつ迅速に精度良く求めることができる。応力測定装置１ａでは、特に、ＡＦ検出ユニット４６により基板９の厚さを高精度に求めることができるため、応力測定領域における膜内の応力をより精度良く求めることができる。   In the stress measurement device 1a according to the second embodiment, the stress in the film in the stress measurement region on the substrate 9 can be obtained easily and quickly with high accuracy, as in the first embodiment. In the stress measuring apparatus 1a, in particular, since the thickness of the substrate 9 can be determined with high accuracy by the AF detection unit 46, the stress in the film in the stress measuring region can be determined with higher accuracy.

応力測定装置１ａでは、基板９の移動開始（図４：ステップＳ１１）よりも前に行われるフォーカス調整にもＡＦ検出ユニット４６が利用される。基板９に対するフォーカス調整では、ＡＦ検出ユニット４６により検出された対物レンズ４５７と基板９の表面との間の距離に基づいて、基板９がステージ２と共にステージ昇降機構２４により上下方向に移動され、基板９の表面が対物レンズ４５７の焦点深度の範囲内に位置する。   In the stress measurement apparatus 1a, the AF detection unit 46 is also used for focus adjustment performed before the start of movement of the substrate 9 (FIG. 4: step S11). In the focus adjustment for the substrate 9, the substrate 9 is moved up and down by the stage elevating mechanism 24 together with the stage 2 based on the distance between the objective lens 457 detected by the AF detection unit 46 and the surface of the substrate 9. 9 surface is located within the range of the focal depth of the objective lens 457.

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible.

例えば、上記実施の形態に係る応力測定装置では、ステージ２が固定された状態で、光干渉ユニット４の光源４１からの光、および、エリプソメータ３の光源ユニット３１からの光の基板９上における照射領域が基板９に対して移動されてもよい。   For example, in the stress measurement device according to the above-described embodiment, irradiation from the light source 41 of the light interference unit 4 and light from the light source unit 31 of the ellipsometer 3 on the substrate 9 with the stage 2 fixed. The region may be moved relative to the substrate 9.

遮光パターン４５３ａは必ずしも開口絞り部４５３の位置に配置される必要はなく、光干渉ユニット４の光源４１から基板９に至る光路上において、開口絞り位置と光学的にほぼ共役な位置に配置されていればよい。また、遮光パターン４５３ａは特定の波長の光のみを遮光するパターンであってもよく、その場合、遮光パターン撮像部４３には特定の波長の光のみを透過するフィルタが配置されてもよい。   The light shielding pattern 453a is not necessarily arranged at the position of the aperture stop section 453, and is arranged at a position optically conjugate with the aperture stop position on the optical path from the light source 41 of the optical interference unit 4 to the substrate 9. Just do it. The light shielding pattern 453a may be a pattern that shields only light of a specific wavelength. In that case, the light shielding pattern imaging unit 43 may be provided with a filter that transmits only light of a specific wavelength.

エリプソメータ３の光源ユニット３１から基板９に向かって出射される偏光光は、円偏光の光に限定されず、必要に応じて適宜異なった態様の偏光光（例えば、４５°の直線偏光）が利用されてもよい。さらに、光源ユニット３１から出射される光は、半導体レーザを光源とする光ビームには限定されず、例えば、光源ユニット３１から白色光が出射され、受光ユニット３２においてフォトダイオード３２２に代えて設けられた分光器により当該白色光の反射光が受光されてもよい。   The polarized light emitted from the light source unit 31 of the ellipsometer 3 toward the substrate 9 is not limited to circularly polarized light, and polarized light having a different aspect (for example, 45 ° linearly polarized light) is used as necessary. May be. Further, the light emitted from the light source unit 31 is not limited to a light beam using a semiconductor laser as a light source. For example, white light is emitted from the light source unit 31 and provided in the light receiving unit 32 in place of the photodiode 322. The reflected light of the white light may be received by the spectroscope.

第２の実施の形態に係る応力測定装置１ａでは、ＡＦ検出ユニット４６において対物レンズ４５７と基板９またはステージ２との間の距離の検出に利用される光は、必ずしも、ＡＦ検出ユニット４６から出射される必要はなく、例えば、光干渉ユニット４の光源４１からの光が、基板９またはステージ２にて反射され、対物レンズ４５７を介してＡＦ検出部４６３に導かれて対象の画像が取得され、画像のシャープネスに基づいてオートフォーカスが行われてもよい。このように、ＡＦ検出ユニット４６では、対物レンズ４５７から出射された光を利用して、対物レンズ４５７と基板９またはステージ２との間の距離が検出されることにより、構造の簡素化が実現される。   In the stress measurement apparatus 1a according to the second embodiment, the light used for detecting the distance between the objective lens 457 and the substrate 9 or the stage 2 in the AF detection unit 46 is not necessarily emitted from the AF detection unit 46. For example, the light from the light source 41 of the optical interference unit 4 is reflected by the substrate 9 or the stage 2 and guided to the AF detection unit 463 via the objective lens 457 to obtain the target image. The autofocus may be performed based on the sharpness of the image. As described above, the AF detection unit 46 uses the light emitted from the objective lens 457 to detect the distance between the objective lens 457 and the substrate 9 or the stage 2, thereby simplifying the structure. Is done.

基板９は、半導体基板に限定されず、例えば、液晶表示装置やその他のフラットパネル表示装置等に使用されるガラス基板であってもよい。上記実施の形態に係る応力測定装置は、基板以外の様々な対象物の表面形状の測定、および、当該対象物上の膜内の応力測定に利用されてよい。   The substrate 9 is not limited to a semiconductor substrate, and may be, for example, a glass substrate used for a liquid crystal display device or other flat panel display device. The stress measurement device according to the above-described embodiment may be used for measurement of the surface shape of various objects other than the substrate and for measurement of stress in the film on the object.

第１の実施の形態に係る応力測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the stress measuring device which concerns on 1st Embodiment. 制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a control part. 制御部の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of a control part. 応力測定の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of stress measurement. 基板の表面形状を示す図である。It is a figure which shows the surface shape of a board | substrate. 基板の表面形状を示す図である。It is a figure which shows the surface shape of a board | substrate. 第２の実施の形態に係る応力測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the stress measuring device which concerns on 2nd Embodiment. 制御部の機能を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function of a control part.

符号の説明Explanation of symbols

１，１ａ 応力測定装置
２ ステージ
９ 基板
２１ ステージ移動機構
３１ 光源ユニット
３２ 受光ユニット
４１ 光源
４２ 分光器
４３ 遮光パターン撮像部
４５ 光学系
４６ ＡＦ検出ユニット
４５３ａ 遮光パターン
４５７ 対物レンズ
５１１ 傾斜ベクトル算出部
５１２ 表面形状算出部
５１３ 曲率半径算出部
５１４ 応力算出部
５１５ 第１膜厚算出部
５１６ 第２膜厚算出部
５１７ 基板厚さ算出部
Ｓ１１〜Ｓ２０ ステップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a Stress measuring device 2 Stage 9 Board | substrate 21 Stage moving mechanism 31 Light source unit 32 Light receiving unit 41 Light source 42 Spectroscope 43 Light-shielding pattern imaging part 45 Optical system 46 AF detection unit 453a Light-shielding pattern 457 Objective lens 511 Inclination vector calculation part 512 Surface Shape calculator 513 Curvature radius calculator 514 Stress calculator 515 First film thickness calculator 516 Second film thickness calculator 517 Substrate thickness calculator S11 to S20 Steps

Claims (9)

対象物の表面形状を測定する表面形状測定装置であって、
光を出射する光源と、
前記光源からの光を対物レンズを介して対象物上の照射領域へと導くとともに前記照射領域からの反射光を前記対物レンズを介して所定の位置へと導く光学系と、
前記光源から前記照射領域に至る光路上において、開口絞り位置と光学的にほぼ共役な位置に配置された遮光パターンと、
前記所定の位置に結像された前記遮光パターンの像を取得する撮像部と、
前記撮像部からの出力に基づいて前記照射領域の法線方向を示す傾斜ベクトルを求める傾斜ベクトル算出部と、
前記照射領域を前記対象物に対して相対的に移動する移動機構と、
前記傾斜ベクトル算出部により求められた前記対象物上の複数の領域における傾斜ベクトルに基づいて前記対象物の表面形状を求める表面形状算出部と、
前記対象物を保持する保持部と、
前記保持部を昇降する昇降機構と、
を備え、
前記対物レンズから前記対象物への光は、前記対象物上においてほぼ平行光であり、
前記昇降機構により、前記対象物の表面上に設定された基準領域が前記対物レンズの焦点深度内に位置するようにフォーカス調整が行われた後、前記移動機構により前記照射領域を前記対象物に対して相対的に移動しつつ、前記複数の領域のそれぞれにおいて、フォーカス調整を行うことなく前記撮像部による撮像が行われ、
前記傾斜ベクトル算出部により、前記撮像部により取得された前記遮光パターンの像の基準位置から重心位置に至るベクトルと、前記対物レンズと前記対象物との間の所定の距離とに基づいて傾斜ベクトルが求められることを特徴とする表面形状測定装置。 A surface shape measuring device for measuring the surface shape of an object,
A light source that emits light;
An optical system that guides light from the light source to an irradiation area on an object via an objective lens and guides reflected light from the irradiation area to a predetermined position via the objective lens;
On the optical path from the light source to the irradiation region, a light shielding pattern disposed at a position optically substantially conjugate with the aperture stop position;
An imaging unit that acquires an image of the light-shielding pattern formed at the predetermined position;
An inclination vector calculation unit for obtaining an inclination vector indicating a normal direction of the irradiation region based on an output from the imaging unit;
A moving mechanism for moving the irradiation region relative to the object;
A surface shape calculation unit for obtaining a surface shape of the object based on inclination vectors in a plurality of regions on the object obtained by the inclination vector calculation unit;
A holding unit for holding the object;
An elevating mechanism for elevating the holding unit;
With
The light from the objective lens to the object is substantially parallel light on the object,
The focus adjustment is performed by the lifting mechanism so that the reference area set on the surface of the object is within the focal depth of the objective lens, and then the irradiation area is moved to the object by the moving mechanism. The imaging unit performs imaging without performing focus adjustment in each of the plurality of regions while relatively moving.
An inclination vector based on a vector from the reference position to the center of gravity position of the image of the light shielding pattern acquired by the imaging unit and a predetermined distance between the objective lens and the object by the inclination vector calculation unit. A surface shape measuring device characterized by that. 対象物上の膜内の応力を測定する応力測定装置であって、
請求項１に記載の表面形状測定装置と、
前記表面形状測定装置により求められた前記表面形状に基づいて応力測定領域の曲率半径を求める曲率半径算出部と、
前記対象物上の膜の厚さを光学的に測定する膜厚測定部と、
前記曲率半径算出部および前記膜厚測定部により求められた前記応力測定領域における曲率半径および膜厚に基づいて前記応力測定領域における前記膜内の応力を求める応力算出部と、
を備えることを特徴とする応力測定装置。 A stress measuring device for measuring stress in a film on an object,
A surface shape measuring apparatus according to claim 1;
A radius-of-curvature calculation unit for obtaining a radius of curvature of a stress measurement region based on the surface shape determined by the surface shape measuring device;
A film thickness measuring unit for optically measuring the thickness of the film on the object;
A stress calculation unit for obtaining a stress in the film in the stress measurement region based on a curvature radius and a film thickness in the stress measurement region obtained by the curvature radius calculation unit and the film thickness measurement unit;
A stress measuring device comprising: 請求項２に記載の応力測定装置であって、
前記膜厚測定部が、
前記光源からの光の前記照射領域からの反射光を受光する受光部と、
前記受光部からの出力に基づいて光干渉法により前記照射領域における前記膜の厚さを求める膜厚算出部と、
を備えることを特徴とする応力測定装置。 The stress measuring device according to claim 2,
The film thickness measuring unit is
A light receiving unit that receives reflected light from the irradiation region of light from the light source;
A film thickness calculation unit for determining the thickness of the film in the irradiation region by optical interferometry based on an output from the light receiving unit;
A stress measuring device comprising: 請求項２または３に記載の応力測定装置であって、
前記膜厚測定部が、
もう１つの光源を有し、偏光した光を前記対象物に向けて出射する光源ユニットと、
前記対象物からの前記偏光した光の反射光を受光して前記反射光の偏光状態を取得する受光ユニットと、
前記受光ユニットにて取得された偏光状態に基づいて前記対象物上の前記膜の厚さを求める膜厚算出部と、
を備えることを特徴とする応力測定装置。 The stress measuring device according to claim 2 or 3,
The film thickness measuring unit is
A light source unit having another light source and emitting polarized light toward the object;
A light receiving unit that receives reflected light of the polarized light from the object and obtains a polarization state of the reflected light;
A film thickness calculation unit for determining the thickness of the film on the object based on the polarization state acquired by the light receiving unit;
A stress measuring device comprising: 請求項２ないし４のいずれかに記載の応力測定装置であって、
前記対象物を保持する保持部と、
前記対物レンズから出射される光を利用して、前記対物レンズと前記保持部または前記保持部に保持された前記対象物との間の距離を検出する距離検出部と、
前記距離検出部にて検出された前記対物レンズと前記対象物との間の距離、および、対象物を保持していない状態における前記対物レンズと前記保持部との間の距離に基づいて、前記応力算出部による前記膜内の応力の算出に利用される前記対象物の厚さを求める対象物厚さ算出部と、
をさらに備えることを特徴とする応力測定装置。 The stress measurement device according to any one of claims 2 to 4,
A holding unit for holding the object;
A distance detection unit that detects a distance between the objective lens and the holding unit or the object held by the holding unit using light emitted from the objective lens;
Based on the distance between the objective lens and the object detected by the distance detection unit, and the distance between the objective lens and the holding unit in a state where the object is not held, An object thickness calculation unit for obtaining a thickness of the object used for calculation of stress in the film by a stress calculation unit;
A stress measuring device further comprising: 対象物の表面形状を測定する表面形状測定方法であって、
ａ）光源からの光を、対物レンズを有する光学系を介して対象物上の照射領域へと照射する工程と、
ｂ）前記光源から前記対象物に至る光路上において開口絞り位置と光学的にほぼ共役な位置に遮光パターンが配置されており、前記照射領域からの前記光の反射光を前記対物レンズを介して所定の位置へと導き、前記所定の位置に結像された前記遮光パターンの像を撮像部により取得する工程と、
ｃ）前記照射領域を前記対象物に対して相対的に移動しつつ前記ａ）工程および前記ｂ）工程を繰り返し、前記撮像部からの出力に基づいて前記対象物上の複数の領域の法線方向を示す傾斜ベクトルを求める工程と、
ｄ）前記複数の領域における傾斜ベクトルに基づいて前記対象物の表面形状を求める工程と、
を備え、
前記対物レンズから前記対象物への光は、前記対象物上においてほぼ平行光であり、
前記ｃ）工程にて、前記複数の領域のそれぞれにおいて、フォーカス調整を行うことなく前記撮像部による撮像が行われ、前記撮像部により取得された前記遮光パターンの像の基準位置から重心位置に至るベクトルと、前記対物レンズと前記対象物との間の所定の距離とに基づいて傾斜ベクトルが求められることを特徴とする表面形状測定方法。 A surface shape measuring method for measuring the surface shape of an object,
a) irradiating light from a light source to an irradiation region on an object via an optical system having an objective lens;
b) A light-shielding pattern is arranged at a position optically conjugate with the aperture stop position on the optical path from the light source to the object, and the reflected light of the light from the irradiation region is passed through the objective lens. A step of leading to a predetermined position and acquiring an image of the light shielding pattern formed at the predetermined position by an imaging unit;
c) Repeating the step a) and the step b) while moving the irradiation region relative to the object, and normals of a plurality of regions on the object based on the output from the imaging unit Obtaining a tilt vector indicating the direction;
d) determining a surface shape of the object based on gradient vectors in the plurality of regions;
With
The light from the objective lens to the object is substantially parallel light on the object,
In the step c), in each of the plurality of regions, imaging by the imaging unit is performed without performing focus adjustment, and the reference position of the image of the light shielding pattern acquired by the imaging unit reaches the center of gravity position. A surface shape measuring method, wherein an inclination vector is obtained based on a vector and a predetermined distance between the objective lens and the object . 請求項６に記載の表面形状測定方法であって、
前記ｃ）工程において、前記照射領域の前記対象物に対する相対的な移動が連続的に行われることを特徴とする表面形状測定方法。 The surface shape measuring method according to claim 6,
In the step c), the surface shape measuring method is characterized in that relative movement of the irradiation region with respect to the object is continuously performed. 対象物上の膜内の応力を測定する応力測定方法であって、
ａ）光源からの光を、対物レンズを有する光学系を介して対象物上の照射領域へと照射する工程と、
ｂ）前記光源から前記対象物に至る光路上において開口絞り位置と光学的にほぼ共役な位置に遮光パターンが配置されており、前記照射領域からの前記光の反射光を前記対物レンズを介して所定の位置へと導き、前記所定の位置に結像された前記遮光パターンの像を撮像部により取得する工程と、
ｃ）前記照射領域を前記対象物に対して相対的に移動しつつ前記ａ）工程および前記ｂ）工程を繰り返し、前記撮像部からの出力に基づいて前記対象物上の複数の領域の法線方向を示す傾斜ベクトルを求める工程と、
ｄ）前記複数の領域における傾斜ベクトルに基づいて前記対象物の表面形状を求める工程と、
ｅ）前記表面形状に基づいて応力測定領域の曲率半径を求める工程と、
ｆ）前記応力測定領域における膜厚を光学的に測定する工程と、
ｇ）前記応力測定領域における前記曲率半径および前記膜厚に基づいて前記応力測定領域における前記膜内の応力を求める工程と、
を備え、
前記対物レンズから前記対象物への光は、前記対象物上においてほぼ平行光であり、
前記ｃ）工程にて、前記複数の領域のそれぞれにおいて、フォーカス調整を行うことなく前記撮像部による撮像が行われ、前記撮像部により取得された前記遮光パターンの像の基準位置から重心位置に至るベクトルと、前記対物レンズと前記対象物との間の所定の距離とに基づいて傾斜ベクトルが求められることを特徴とする応力測定方法。 A stress measurement method for measuring stress in a film on an object,
a) irradiating light from a light source to an irradiation region on an object via an optical system having an objective lens;
b) A light-shielding pattern is arranged at a position optically conjugate with the aperture stop position on the optical path from the light source to the object, and the reflected light of the light from the irradiation region is passed through the objective lens. A step of leading to a predetermined position and acquiring an image of the light shielding pattern formed at the predetermined position by an imaging unit;
c) Repeating the step a) and the step b) while moving the irradiation region relative to the object, and normals of a plurality of regions on the object based on the output from the imaging unit Obtaining a tilt vector indicating the direction;
d) determining a surface shape of the object based on gradient vectors in the plurality of regions;
e) obtaining a radius of curvature of the stress measurement region based on the surface shape;
f) optically measuring the film thickness in the stress measurement region;
g) determining the stress in the film in the stress measurement region based on the radius of curvature and the film thickness in the stress measurement region;
With
The light from the objective lens to the object is substantially parallel light on the object,
In the step c), in each of the plurality of regions, imaging by the imaging unit is performed without performing focus adjustment, and the reference position of the image of the light shielding pattern acquired by the imaging unit reaches the center of gravity position. A stress measurement method, wherein an inclination vector is obtained based on a vector and a predetermined distance between the objective lens and the object . 請求項８に記載の応力測定方法であって、
前記ｃ）工程において、前記照射領域の前記対象物に対する相対的な移動が連続的に行われることを特徴とする応力測定方法。 The stress measurement method according to claim 8, comprising:
In the step c), the relative measurement of the irradiation area with respect to the object is continuously performed.
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