JP6030471B2 - Shape measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、シャックハルトマン方式のセンサを用いてウェハの表面形状を測定する技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for measuring the surface shape of a wafer using a Shack-Hartmann sensor.
シリコンやサファイア等で構成されるウェハからデバイスを製造する場合、ナノメートルオーダーの非常に微細な配線デザインが要求されている。これを実現するためにウェハの表面形状の平坦性の要求も高まっている。そこで、ウェハの平坦性を検査する測定装置においても非常に微細な測定精度が要求されている。 When a device is manufactured from a wafer made of silicon, sapphire, or the like, a very fine wiring design of nanometer order is required. In order to realize this, there is an increasing demand for flatness of the surface shape of the wafer. Therefore, a very fine measurement accuracy is required also in a measuring apparatus for inspecting the flatness of a wafer.
ウェハの測定装置では、ウェハの表面形状、特にロールオフ部と呼ばれるエッジ近傍の(例えばエッジ端から1〜5mmの範囲)の平面からずれ形状を測定することが必要となる。 In the wafer measuring apparatus, it is necessary to measure the surface shape of the wafer, particularly a deviation shape from a plane in the vicinity of an edge called a roll-off portion (for example, a range of 1 to 5 mm from the edge end).
図11は、シャックハルトマン方式の波面センサであるSHセンサを用いてウェハのロールオフ部を測定した場合の問題点を説明する図である。ウェハの表面は、中心からエッジに向けて平面部、ロールオフ部、及び面取り部に分けられる。 FIG. 11 is a diagram for explaining a problem when a roll-off portion of a wafer is measured using an SH sensor that is a Shack-Hartmann wavefront sensor. The surface of the wafer is divided into a flat portion, a roll-off portion, and a chamfered portion from the center toward the edge.
ロールオフ部の表面形状を測定する際には、ウェハ上におけるロールオフ部の位置座標を決定する必要がある。通常は、ウェハのエッジ位置を基準にして、ウェハの中心とエッジとを結んだ線上(半径方向)に座標が設定される。この際、高精度で座標の位置決めを実現する必要がある。 When measuring the surface shape of the roll-off part, it is necessary to determine the position coordinates of the roll-off part on the wafer. Usually, the coordinates are set on a line (radial direction) connecting the center and the edge of the wafer with reference to the edge position of the wafer. At this time, it is necessary to realize positioning of coordinates with high accuracy.
これを実現する場合、以下の問題が生じる。SHセンサは光源光のウェハから反射光を受光して、表面形状を測定する。ロールオフ部や平面部の反射光はSHセンサの撮像面に到達することができる。そのため、SHセンサは平面部及びロールオフ部の表面形状を測定することができる。しかしながら、面取り部よりエッジ側で反射された反射光はエッジの外側に向けて反射されるため、SHセンサの撮像面に到達せず、SHセンサはこの領域の表面形状を認識することができない。したがって、SHセンサは、エッジ位置を基準としたときの平面部及びロールオフ部の表面形状の座標を正確に求めることができないという問題がある。 When this is realized, the following problems occur. The SH sensor receives reflected light from the wafer of light source light and measures the surface shape. The reflected light from the roll-off part or the flat part can reach the imaging surface of the SH sensor. Therefore, the SH sensor can measure the surface shapes of the flat surface portion and the roll-off portion. However, since the reflected light reflected on the edge side from the chamfered portion is reflected toward the outside of the edge, it does not reach the imaging surface of the SH sensor, and the SH sensor cannot recognize the surface shape of this region. Therefore, there is a problem that the SH sensor cannot accurately determine the coordinates of the surface shapes of the flat surface portion and the roll-off portion when the edge position is used as a reference.
そこで、特許文献1では、SHセンサを用いてウェハの表面形状データを算出する形状測定装置において、SHセンサとは別に設けられた撮像装置により測定対象となるウェハのエッジ位置を検出し、検出したエッジ位置を基準として表面形状データを求めることが開示されている。 Therefore, in Patent Document 1, in the shape measuring apparatus that calculates the surface shape data of the wafer using the SH sensor, the edge position of the wafer to be measured is detected by an imaging device provided separately from the SH sensor. It is disclosed that surface shape data is obtained based on an edge position.
しかしながら、特許文献1の手法では、SHセンサとは別にエッジを検出するための撮像装置が必要となるため、装置構成が複雑化し、コストが嵩むという問題がある。 However, the method of Patent Document 1 requires an imaging device for detecting an edge separately from the SH sensor, which causes a problem that the device configuration is complicated and the cost is increased.
本発明の目的は、SHセンサのみを用いてウェハのエッジと測定領域の表面形状とを測定することができる形状測定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a shape measuring apparatus capable of measuring the edge of a wafer and the surface shape of a measurement region using only an SH sensor.
本発明の一態様による形状測定装置は、ウェハの表面の所定の測定領域の表面形状を測定する形状測定装置であって、前記ウェハの表面形状を測定するシャックハルトマン方式のSHセンサと、前記測定領域を照射する第1光源と、前記SHセンサに対して前記ウェハの反対側に配置され、前記ウェハのエッジを照射し、前記エッジのシルエット像を前記SHセンサに入射させる第2光源と、前記測定領域からの反射光を前記SHセンサに入射させ、且つ、前記エッジを照射した光を前記SHセンサに入射させる導光部とを含む。 A shape measuring apparatus according to an aspect of the present invention is a shape measuring apparatus that measures a surface shape of a predetermined measurement region on a surface of a wafer, and includes a Shack-Hartmann-type SH sensor that measures the surface shape of the wafer, and the measurement A first light source that irradiates a region; a second light source that is disposed on the opposite side of the wafer with respect to the SH sensor, irradiates an edge of the wafer, and causes a silhouette image of the edge to enter the SH sensor ; And a light guide unit that causes reflected light from a measurement region to enter the SH sensor, and causes the light irradiated to the edge to enter the SH sensor.
この構成によれば、第1光源から照射された光は、測定領域で反射されSHセンサに導かれる。また、第2光源から照射された光はエッジを照射してSHセンサに導かれる。よって、SHセンサは測定領域の表面形状とエッジとを測定することができる。その結果、SHセンサとは別にエッジを測定するためのセンサを設けなくても、1つのSHセンサを用いて、測定領域の表面形状とエッジとを測定することができる。また、1つのSHセンサにより測定領域の表面形状とエッジとが測定されているため、エッジからの位置が正確に関連付けられた表面形状データを算出することができる。 According to this configuration, the light emitted from the first light source is reflected by the measurement region and guided to the SH sensor. Further, the light emitted from the second light source irradiates the edge and is guided to the SH sensor. Therefore, the SH sensor can measure the surface shape and the edge of the measurement region. As a result, the surface shape and the edge of the measurement region can be measured using one SH sensor without providing a sensor for measuring the edge separately from the SH sensor. In addition, since the surface shape and the edge of the measurement region are measured by one SH sensor, the surface shape data in which the position from the edge is accurately associated can be calculated.
また、この構成によれば、SHセンサにはエッジのシルエット像が入射されるため、シルエット像からエッジ位置を検出することができる。 Further , according to this configuration, since the edge silhouette image is incident on the SH sensor, the edge position can be detected from the silhouette image.
上記態様において、前記第1、第2光源は、それぞれ波長の異なる光を照射し、前記第1光源から照射された波長の光を透過させて前記SHセンサに導く第1フィルタ領域と、前記第2光源から照射された波長の光を透過させて前記SHセンサに導く第2フィルタ領域とを含む波長選択フィルタを更に備えてもよい。 In the above aspect , each of the first and second light sources emits light having different wavelengths, transmits light having a wavelength emitted from the first light source, and guides the light to the SH sensor. You may further provide the wavelength selection filter containing the 2nd filter area | region which permeate | transmits the light of the wavelength irradiated from 2 light sources, and guides it to the said SH sensor.
この構成によれば、波長選択フィルタによって、第1光源から照射された光と第2光源から照射された光とが分離される。そのため、SHセンサに表面形状の測定とエッジの測定とを同時に行わせることができる。 According to this configuration, the light emitted from the first light source and the light emitted from the second light source are separated by the wavelength selection filter. Therefore, it is possible to cause the SH sensor to perform surface shape measurement and edge measurement simultaneously.
上記態様において、前記第1、第2光源は、それぞれ波長の異なる光を照射し、前記SHセンサは、前記第1光源からの光に受光感度を持つ画素と前記第2光源からの光に受光感度を持つ画素とが少なくとも配列されたカラー撮像素子を備えてもよい。 In the above aspect, the first and second light sources irradiate light having different wavelengths, respectively, and the SH sensor receives light having sensitivity to light from the first light source and light from the second light source. You may provide the color image pick-up element by which the pixel with a sensitivity was arranged at least.
この構成によれば、第1光源からはカラー撮像素子のある色成分と同じ色の光を照射させ、第2光源からはカラー撮像素子の別の色成分と同じ色の光を照射させる。これにより、既存のカラー撮像素子をSHセンサに組み込んで、第1光源からの光と第2光源からの光とを分離することができる。また、SHセンサに表面形状の測定とエッジの測定とを同時に行わせることもできる。 According to this configuration, the first light source emits light of the same color as a certain color component of the color image sensor, and the second light source emits light of the same color as another color component of the color image sensor. Thereby, the existing color image sensor can be incorporated in the SH sensor, and the light from the first light source and the light from the second light source can be separated. It is also possible to cause the SH sensor to perform surface shape measurement and edge measurement simultaneously.
上記態様において、前記第1光源から照射された光を第1偏光方向に偏光する第1偏光フィルタと、前記第2光源から照射された光を第2偏光方向に偏光する第2偏光フィルタと、前記第1偏光方向の光を透過させて前記SHセンサに導く第1フィルタ領域と、前記第2偏光方向の光を透過させて前記SHセンサに導く第2フィルタ領域とを含む偏光選択フィルタを更に備えてもよい。 In the above aspect, a first polarizing filter that polarizes light emitted from the first light source in a first polarization direction; a second polarizing filter that polarizes light emitted from the second light source in a second polarization direction; A polarization selection filter further comprising: a first filter region that transmits light in the first polarization direction and guides it to the SH sensor; and a second filter region that transmits light in the second polarization direction and guides it to the SH sensor. You may prepare.
この構成によれば、偏光選択フィルタにより、第1光源から照射された光と、第2光源から照射された光とが分離される。そのため、SHセンサに表面形状の測定とエッジの測定とを同時に行わせることができる。 According to this configuration, the light emitted from the first light source and the light emitted from the second light source are separated by the polarization selection filter. Therefore, it is possible to cause the SH sensor to perform surface shape measurement and edge measurement simultaneously.
上記態様において、前記第1、第2光源をそれぞれ異なるタイミングで点灯させる点灯制御部を更に備えてもよい。 The said aspect WHEREIN: You may further provide the lighting control part which lights the said 1st, 2nd light source at a respectively different timing.
この構成によれば、第1、第2光源が異なるタイミングで点灯されているため、SHセンサは第1光源が点灯している間に表面形状を測定し、第2光源が点灯している間にエッジを測定することができる。 According to this configuration, since the first and second light sources are turned on at different timings, the SH sensor measures the surface shape while the first light source is turned on and while the second light source is turned on. Edges can be measured.
上記態様において、前記第2光源から前記SHセンサに入射する光線を追跡し、前記光線の前記ウェハ上での位置を検出し、検出した位置に基づいてエッジ位置を検出し、前記第1光源から前記SHセンサに入射する光線を追跡し、前記エッジ位置を基準座標としたときの前記光線の前記ウェハ上での位置を検出する計算部を更に含んでもよい。 In the above aspect, the light beam incident on the SH sensor from the second light source is tracked, the position of the light beam on the wafer is detected, the edge position is detected based on the detected position, and the first light source It may further include a calculation unit that tracks a light beam incident on the SH sensor and detects a position of the light beam on the wafer when the edge position is set as a reference coordinate.
この構成によれば、第2光源からSHセンサに入射する光線が逆に追跡されてウェハ表面における光線の位置が検出され、その位置からエッジ位置が検出されているため、エッジ位置を正確に検出することができる。また、第1光源からSHセンサに入射する光線が逆に追跡され、エッジ位置を基準としたときのウェハ表面の光線の位置が検出されている。そのため、エッジ位置からの距離が正確に反映された表面形状データを求めることができる。 According to this configuration, the light beam incident on the SH sensor from the second light source is traced in reverse to detect the position of the light beam on the wafer surface, and the edge position is detected from that position, so the edge position is accurately detected. can do. Further, the light beam incident on the SH sensor from the first light source is traced in reverse, and the position of the light beam on the wafer surface when the edge position is used as a reference is detected. Therefore, surface shape data in which the distance from the edge position is accurately reflected can be obtained.
上記態様において、前記測定領域は、ロールオフ部であってもよい。 In the above aspect, the measurement region may be a roll-off part.
この構成によれば、ロールオフ部の表面形状を測定することができる。 According to this configuration, the surface shape of the roll-off part can be measured.
本発明によれば、SHセンサとは別にエッジを測定するためのセンサを設けなくても、1つのSHセンサを用いて、測定領域の表面形状とエッジとを測定することができる。また、1つのSHセンサにより測定領域の表面形状とエッジとが測定されているため、エッジからの位置が正確に関連付けられた表面形状データを算出することができる。 According to the present invention, the surface shape and the edge of the measurement region can be measured using one SH sensor without providing a sensor for measuring the edge separately from the SH sensor. In addition, since the surface shape and the edge of the measurement region are measured by one SH sensor, the surface shape data in which the position from the edge is accurately associated can be calculated.
図11に示すようにウェハの表面は、中心からエッジに向けて平面部、ロールオフ部、面取り部に分けられる。平面部は、ウェハの表面の平坦な領域である。ロールオフ部は、エッジ部に向けて緩やかな傾斜を持つ領域である。面取り部は、エッジ部に向けてロールオフ部よりも大きな傾斜を持つ領域である。ウェハを評価する場合、平面部の表面形状はもとより、ロールオフ部の表面形状も有効な評価指標となる。そこで、本実施の形態では、ロールオフ部の表面形状を測定する場合を例に挙げて説明する。但し、これは一例であり、ロールオフ部以外の領域であってSHセンサの画角内の領域(例えば、平面部)を測定領域として設定し、表面形状を測定してもよい。 As shown in FIG. 11, the surface of the wafer is divided into a flat portion, a roll-off portion, and a chamfered portion from the center toward the edge. The flat portion is a flat region on the surface of the wafer. The roll-off portion is a region having a gentle slope toward the edge portion. The chamfered portion is a region having a larger slope than the roll-off portion toward the edge portion. When evaluating a wafer, not only the surface shape of the flat surface portion but also the surface shape of the roll-off portion is an effective evaluation index. Therefore, in this embodiment, a case where the surface shape of the roll-off part is measured will be described as an example. However, this is only an example, and the surface shape may be measured by setting a region other than the roll-off portion within the angle of view of the SH sensor (for example, a flat portion) as a measurement region.
図1は、本発明の実施の形態による形状測定装置のハードウェア構成の一例を示した図である。形状測定装置は、第1光源11、第2光源12、SH(シャックハルトマン)センサ13、ハーフミラー14(導光部の一例)、置換部701、サンプル支持台702、及び計算部80を含む。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The shape measuring device includes a
本実施の形態の形状測定装置は、SHセンサ13用の第1光源11とは別に第2光源12を設け、両光源からの光を一つのSHセンサ13で受光することを特徴としている。
The shape measuring apparatus according to the present embodiment is characterized in that a second
第1光源11は、一方向に進行する性質を持つ光101をハーフミラー14に向けて照射する。第1光源11は、光101がウェハWの表面と平行になるように配置されている。
The
第2光源12は、SHセンサ13に対してウェハWのエッジWEを介して反対側に配置されている。第2光源12は、一方向に進行する性質を持つ光102をウェハWの裏側からエッジWEに向けて照射する。ここで、第2光源12は、光102がウェハWの表面と直交し、かつ、一部の光がエッジWEに遮蔽されるように配置されている。
The second
第1、第2光源11、12は、例えば、レーザ光源及びレーザ光源から照射された光を平行光に変換するコリメート光学系を含む。
The first and second
SHセンサ13は、シャックハルトマン方式の波面センサであり、エッジWEの上部に配置されている。
The
図2は、図1において、第1光源11から照射される光101の光路のみを示し、第2光源12から照射される光102の光路を省いた図である。ハーフミラー14は、光101を反射し、90度偏向させてウェハWのロールオフ部に導き、ロールオフ部により反射された光101を透過してSHセンサ13に導く。なお、ハーフミラー14により反射された光101の一部はエッジWEの外側を通過して第2光源12側に進む。
FIG. 2 shows only the optical path of the light 101 emitted from the
図3は、図1において、第2光源12から照射される光102の光路のみを示し、第1光源11から照射される光101の光路を省いた図である。第2光源12から照射された光102は、一部がウェハWにより遮蔽され、残りがエッジWEの外側を通過し、ハーフミラー14により透過されSHセンサ13に導かれる。これにより、SHセンサ13には、ウェハWのシルエット像が表れ、SHセンサ13はエッジWEを測定することができる。
FIG. 3 shows only the optical path of the light 102 emitted from the second
SHセンサ13に到達する光は、第1光源11から照射された光と第2光源から照射された光とが部分的に重なった状態となる。このため、2つの光を分離する必要がある。以下、第1光源11及び第2光源からの光を分離する手法について説明する。
The light reaching the
・分離手法1
図4は、分離手法1の説明図であり、(A)はSHセンサ13を光軸方向と直交する方向(横方向)から見た図であり、(B)はB−B方向から波長選択フィルタ43を見た図である。図4では、撮像素子41の垂直方向をX方向とし、水平方向をY方向とする。なお、Y方向はウェハWの径方向に対応している。SHセンサ13は、撮像素子41及び撮像素子41の前方に配置されたマイクロレンズアレイ42を含む。
・ Separation method 1
4A and 4B are explanatory diagrams of the separation method 1. FIG. 4A is a view of the
分離手法1は、第1光源11及び第2光源12にそれぞれ異なる波長の光を照射させ、第1光源11からの光と第2光源12からの光とを波長選択フィルタ43で分離する手法である。
The separation method 1 is a method in which the
波長選択フィルタ43は、マイクロレンズアレイ42の前方に配置されている。波長選択フィルタ43はフィルタ領域431(第1フィルタ領域の一例)及びフィルタ領域432(第2フィルタ領域の一例)を含む。フィルタ領域431は、第1光源11から照射された第1波長の光101を透過するフィルタにより構成され、第1波長の光をSHセンサ13に導く。フィルタ領域432は、第2光源12から照射された第2波長の光102を透過するフィルタにより構成され、第2波長の光をSHセンサ13に導く。
The
ロールオフ部で反射された光101は、第1波長の光である。そのため、フィルタ領域431に到達した光101はSHセンサ13に入射するが、フィルタ領域432に到達した光101はフィルタ領域432を透過できず、SHセンサ13に入射しない。
The light 101 reflected by the roll-off part is light having the first wavelength. Therefore, the light 101 that reaches the
一方、第2光源12から照射された光102は第2波長の光である。そのため、フィルタ領域432に到達した光102はSHセンサ13に入射するが、フィルタ領域431に到達した光102は、フィルタ領域431を透過できず、SHセンサ13に入射しない。
On the other hand, the light 102 emitted from the second
なお、光102は、一部の光がウェハWにより遮蔽されるため、エッジのシルエット像となる。そのため、図4(B)では、フィルタ領域432は、右側に示す領域のみ光が受光されており、エッジのシルエット像が表れている。これにより、SHセンサ13はウェハWのエッジを測定することができる。
The light 102 is an edge silhouette image because part of the light is shielded by the wafer W. Therefore, in FIG. 4B, the
このように、分離手法1では、波長選択フィルタ43が設けられているため、撮像素子41の撮像面41aは、フィルタ領域431に対応する受光領域411とフィルタ領域432に対応する受光領域412とに分けられる。なお、受光領域411の撮像面41aにおける位置と、受光領域412の撮像面41aにおける位置とは、フィルタ領域431とフィルタ領域432とのサイズから予め定められる。そのため、計算部80は、受光領域411により受光された光は第1光源11から照射された光101であると認識し、受光領域412により受光された光は第2光源12から照射された光102であると認識することができる。よって、1つのSHセンサ13のみ用いてロールオフ部の表面形状とエッジとを測定することができる。
As described above, in the separation method 1, since the
・分離手法2
分離手法2は、第1光源11から例えばR(赤)の光を照射させ、第2光源12から例えばG(緑)の光を照射させ、SHセンサ13の撮像素子41としてカラー撮像素子を採用した手法である。カラー撮像素子としては、例えば、R、G、Bの光に受光感度を持つ画素が例えば、ベイヤー配列で配置された撮像素子を採用すればよい。
・
In the
第1光源11から照射された光101はRの光であるため、Rの画素で受光され、第2光源12から光102はGの光であるため、Gの画素で受光される。よって、計算部80は、撮像素子41で撮像された測定画像においてRの色成分の測定画像が光101であると認識し、Gの色成分の測定画像が光102であると認識することができる。
Since the light 101 emitted from the
この構成では、波長選択フィルタ43を設けなくても、撮像素子41が撮像した測定画像の色成分により光101と光102とを分離することができる。
In this configuration, the light 101 and the light 102 can be separated by the color component of the measurement image captured by the
なお、上記説明では、光101をR、光102をGとしたが、これは一例にすぎず、他の色を採用してもよい。この場合、撮像素子41を光101、102の色に対応する画素を持つカラー撮像素子で構成すればよい。
In the above description, the light 101 is R and the light 102 is G. However, this is only an example, and other colors may be adopted. In this case, the
図1に戻り、サンプル支持台702は、ウェハWが設置される。サンプル支持台702には、複数のピン703が設けられている。ピン703としては、ウェハWを支持する支持ピンの他、ウェハWを位置決めするための位置決めピン等が含まれる。
Returning to FIG. 1, the wafer W is placed on the
置換部701は、現在、サンプル支持台702に設置されているウェハWを別のウェハWに置き換えるための装置である。ここで、置換部701としては、ウェハWを自動的に置き換えるロボット機構を採用してもよいし、ウェハWを手動で置き換える手動機構を採用してもよい。
The
計算部80は、例えばCPU等を含むコンピュータにより構成されている。計算部80は、SHセンサ13により撮像された測定画像に基づき、ロールオフ部の表面形状データを算出する。図5は、SHセンサ13の測定原理を示す説明図である。SHセンサ13は、マイクロレンズアレイ42及びマイクロレンズアレイ42の後方に設けられた撮像素子41を含む。マイクロレンズアレイ42は、複数のマイクロレンズ421が所定行×所定列でアレイ状に配列されたレンズである。撮像素子41は、複数の画素が所定行×所定列でアレイ状に配列された撮像素子であり、例えば、CCDイメージセンサやCMOSイメージセンサが採用される。
The
SHセンサ13は、入射光をマイクロレンズ421で結像し、得られた入射光の像を撮像素子41に撮像させる。撮像素子41の撮像面41aは、各マイクロレンズ421に対応して複数のブロック41bに分けられる。入射光が平面波の場合、図5(A)に示すように、入射光は各ブロック41bの中心に結像される。
The
一方、入射光に歪みが生じている場合、図5(B)に示すように、入射光は各ブロック41bにおいて、中心からずれて結像される。よって、各ブロック41bにおいて、結像点41cの中心からのずれを求めることで、平面波に対する波面の角度(波面角度)が分かり、波面角度からウェハの各位置での傾きが分かり、その傾きを積分することで、ウェハの各位置での高さデータが得られる。
On the other hand, when the incident light is distorted, as shown in FIG. 5 (B), the incident light is imaged at a position shifted from the center in each
図6は、SHセンサ13における波面角度の算出式を説明するための図である。マイクロレンズ421は撮像素子41側に凸のドーム状の断面形状を持つ。基準結像点P401は、波面が撮像素子41の撮像面と平行な平面波WV1の撮像素子41における結像点を示す。基準結像点P401は、マイクロレンズ421の光軸421aと撮像素子41との交点である。結像点P402は、波面が撮像素子41の撮像面から傾斜した観測波WV2の撮像素子41における結像点を示す。図6において、マイクロレンズアレイ42と撮像素子41との間の距離をFとする。また、基準結像点P401と結像点P402との間の距離をLとする。
FIG. 6 is a diagram for explaining a calculation formula of the wavefront angle in the
幾何学的関係から、波面角度θは、tanθ=L/Fで表される。よって、計算部80は、SHセンサ13の撮像素子41により撮像された測定画像から、各ブロック41bにおける結像点P402の基準結像点P401からのずれ量(距離L)を求め、θ=tan−1(L/F)により、各ブロック41bにおける波面角度θを算出する。
From the geometrical relationship, the wavefront angle θ is represented by tan θ = L / F. Therefore, the
なお、SHセンサ13は、ウェハWの径方向にY軸、Y軸と直交する方向をX軸として2次元の画像データを撮像する。そのため、結像点P402から基準結像点P401のずれ量はX成分とY成分とのずれ量が存在するが、本実施の形態では、径方向にそったウェハWの高さデータの変化を測定することを主眼としている。そこで、計算部80は、Y成分のずれ量を図4に示す距離Lとして求め、波面角度θを求める。
The
図7は、第1光源11から照射された光線101aと第2光源12から照射された光線102aとを示した模式図である。光線101aは、ロールオフ部の形状に応じて撮像面41aの入射角度が異なる。また、ウェハWはエッジに向かうにつれて撮像面41aに対する傾斜が大きくなるため、エッジ付近で反射された光線101aはエッジの外側に大きく傾斜している。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the
第2光源12は、照射面が撮像面41aと平行となるように撮像面41aの下側に配置されているため、光線102aは傾斜することなく撮像面41aに入射している。
Since the second
しかしながら、光線102aのうち、ウェハWの表面及びSHセンサ13の撮像面41aに対して直交する方向から僅かに傾いて撮像面41aに入射する光線102aも存在する。
However, among the
一方、SHセンサ13の測定値は、光線102aの位置と角度の情報を含んでいる。そのため、光線102aを幾何学的に追跡することで、ウェハW表面での光線102aの位置を算出することができる。そこで、計算部80は、撮像面41aに対して傾斜して入射する光線102aを逆に追跡し、光線102aのウェハWにおける位置を算出する。
On the other hand, the measured value of the
図8は、計算部80が光線601のウェハWにおける位置を算出する処理の説明図である。光線601は、第2光源12から照射されたある光線102aを示す。基準座標R0はSHセンサ13の座標系の基準座標を示す。aは結像点P402の基準座標R0からのY成分の距離を示す。マイクロレンズアレイ42とウェハW表面との距離をDとする。
FIG. 8 is an explanatory diagram of processing in which the
光線601は、撮像面41aに対して直交する方向602から傾斜角度θだけ傾斜して入射し、撮像面41aに結像点P402を形成する。図6で説明したように、結像点P402の基準結像点P401に対するY成分のずれから光線P601の波面角度θが得られる。波面角度θは、光線P601に直交する直線と撮像面41aとのなす角度であるため、傾斜角度θを表す。よって、光線601のウェハW表面における位置P602の基準座標R0からのY成分の座標bはb=a−Dtanθとなる。なお、位置P602のX成分の座標は、結像点P402が表れたブロックに対応する座標を採用すればよい。
The
したがって、計算部80は、b=a−Dtanθから位置P602のY成分の座標を求めることができる。そして、計算部80は、第2光源12から照射される光線602の全ての結像点P402に対応するウェハW表面の位置の座標を求めることで、撮像素子41で受光されたエッジのシルエット像を補正し、補正後のシルエット像から、エッジ位置を求める。ここで、エッジ位置の算出手法としては、例えば、補正後のシルエット像からピークの位置を検出し、その位置の座標をエッジ位置とする手法を採用すればよい。
Therefore, the
上記説明では、第2光源12からの光線102aが光線601であるものとして説明したが、第1光源11の光線101aについても同様のことが成り立つ。
In the above description, the
そこで、計算部80は、光線101aについても、光線102aと同様にして、基準座標R0からウェハW表面での位置の座標を求め、表面形状データを算出すればよい。ここで、表面形状データは、ロールオフ部の各位置の高さを示す高さデータが所定行×所定列で配列されたデータ構造を持つ。具体的には、図5(A)に示すように、測定画像P301からは、結像点41c毎に高さデータが得られるため、表面形状データは、結像点41cに対応して高さデータが配列されたデータ構造を持つ。
Therefore, the
図8に示すように、位置P602の傾きφは、φ=(1/2)・θで表される。ここで、位置P602の傾きとはウェハWの微視的な傾きを示し、点線で示すウェハW表面の大局的な傾きに対する角度を示す。また、位置P602のY成分の座標は、座標bで表される。そこで、計算部80は、エッジ位置のY成分の座標を基準座標としたときの位置P602のY成分の座標を求める。そして、計算部80は、Y軸と平行なある1ラインにおいて、φをロールオフ部の全域でYについて積分し、高さデータΦ(=∫φ(Y)dY)を求める。計算部80は、この積分をY軸と平行な全てのラインに対して行い、ウェハWのロールオフ部の全域での表面形状データを求める。
As shown in FIG. 8, the inclination φ of the position P602 is represented by φ = (1/2) · θ. Here, the inclination of the position P602 indicates a microscopic inclination of the wafer W, and indicates an angle with respect to the global inclination of the surface of the wafer W indicated by a dotted line. Further, the coordinates of the Y component at the position P602 are represented by coordinates b. Therefore, the
本実施の形態では、1つのSHセンサ13を用いてロールオフ部の表面形状とエッジとを測定させている。そして、エッジ位置を基準座標としてロールオフ部の表面形状データが算出されている。そのため、エッジ位置からの距離が正確に反映された表面形状データを算出することができる。
In the present embodiment, the surface shape and the edge of the roll-off portion are measured using one
なお、上記説明では、光101、102の分離手法として分離手法1、2を説明したが、他の分離手法を採用してもよい。以下、説明する。
In the above description, the
・分離手法3
分離手法3は、第1光源11から照射される光101を第1偏光方向に偏光させ、第2光源12から照射される光102を第2偏光方向に偏光させ、偏光方向に基づいて、光101と光102とを分離する手法である。
・ Separation method 3
In the separation method 3, the light 101 emitted from the
図9(A)は、分離手法3を適用した場合の形状計測装置のハードウェア構成の一例を示す図であり、(B)はB−B方向から偏光選択フィルタ900を見た図である。
FIG. 9A is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the shape measuring apparatus when the separation method 3 is applied, and FIG. 9B is a diagram of the
第1光源11の前方には偏光フィルタ801(第1偏光フィルタの一例)が配置されている。偏光フィルタ801は、光101を第1偏光方向に偏光させる。第2光源12の前方には偏光フィルタ802(第2偏光フィルタの一例)が配置されている。偏光フィルタ802は、光102を第2偏光方向に偏光させる。ここで、第1偏光方向と第2偏光方向とは90度ずれている。
A polarizing filter 801 (an example of a first polarizing filter) is disposed in front of the
SHセンサ13の前方には、偏光選択フィルタ900が設けられている。偏光選択フィルタ900は、図9(B)に示すように、フィルタ領域901(第1フィルタ領域の一例)及びフィルタ領域902(第2フィルタ領域の一例)を含む。図9では、Y方向はウェハWの径方向に対応している。X方向はY方向に直交する方向である。
A
フィルタ領域901は、偏光フィルタ801を透過した第1偏光方向の光101を透過し、SHセンサ13に導く。フィルタ領域902は、偏光フィルタ802を透過した第2偏光方向の光102を透過し、SHセンサ13に導く。
The
ロールオフ部で反射された光101は、第1偏光方向の光である。そのため、フィルタ領域901に到達した光101はSHセンサ13に入射するが、フィルタ領域902に到達した光101はフィルタ領域901を透過できず、SHセンサ13に入射しない。
The light 101 reflected by the roll-off unit is light in the first polarization direction. Therefore, the light 101 that reaches the
一方、第2光源12から照射された光102は第2偏光方向の光である。そのため、フィルタ領域902に到達した光102はSHセンサ13に入射するが、フィルタ領域901に到達した光102は、フィルタ領域901を透過できず、SHセンサ13に入射しない。
On the other hand, the light 102 emitted from the second
なお、光102は、一部の光がウェハWにより遮蔽されるため、エッジのシルエット像となる。そのため、図9(B)では、フィルタ領域902は、右側に示す領域のみ光を受光し、エッジのシルエット像が表れている。これにより、SHセンサ13はウェハWのエッジを測定することができる。また、図9(B)では、光101、102の色を変えて表示しているが、実際には偏光方向が異なるだけで、色は異ならない。
The light 102 is an edge silhouette image because part of the light is shielded by the wafer W. Therefore, in FIG. 9B, the
分離手法1〜3では、第1、第2光源11、12を同時に点灯し、ロールオフ部の表面形状とエッジとを同時に測定できるため、測定時間を高速化することができる。そのため、動いているウェハWを測定対象とする場合に有用である。
In the separation methods 1 to 3, since the first and second
・分離手法4
分離手法4は、第1光源11と第2光源12との点灯タイミングをずらすことで、第1光源11の光101と第2光源12の光102とを分離する手法である。
・ Separation method 4
The separation method 4 is a method of separating the light 101 of the
図10は、分離手法4を採用した場合の形状測定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。分離手法4では、点灯制御部90が更に設けられている。第1光源11の前方にはシャッター921が配置されている。第2光源12の前方にはシャッター922が配置されている。シャッター921、922としては、電気式又は機械式のシャッターを採用することができる。まず、点灯制御部90は、第1、第2光源11、12を共に点灯させる。そして、点灯制御部90は、SHセンサ13にロールオフ部の表面形状を測定させる場合、シャッター922を閉じ、シャッター921を開く。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of the shape measuring apparatus when the separation method 4 is employed. In the separation method 4, a
一方、点灯制御部90は、SHセンサ13にエッジを測定させる場合、シャッター921を閉じ、シャッター922を開ける。
On the other hand, when the
計算部80は、シャッター922が閉じ、シャッター921が開いている場合、SHセンサ13により測定された測定画像からロールオフ部の表面形状データを算出する。一方、シャッター921が閉じ、シャッター922が開いている場合、計算部80は、SHセンサ13により測定された測定画像からエッジ位置を算出する。そして、計算部80は、エッジ位置を基準座標として表面座標形状データを求める。
When the
上記説明では、シャッター921、922を設けたが、これを省いてもよい。この場合、点灯制御部90は、SHセンサ13にロールオフ部の表面形状を測定させる場合、第1光源11を点灯し、第2光源12を消灯すればよい。一方、SHセンサ13にエッジを測定させる場合、第2光源12を点灯し、第1光源11を消灯すればよい。
In the above description, the
分離手法4では、SHセンサ13の前方に、光101、102を空間的に分離するフィルタ等を設けなくても、1つのSHセンサ13に表面形状の測定とエッジの測定とを行わせることができる。
In the separation method 4, it is possible to cause one
11 第1光源
12 第2光源
13 SHセンサ
14 ハーフミラー(導光部)
41 撮像素子
42 マイクロレンズアレイ
43 波長選択フィルタ
80 計算部
90 点灯制御部
101、102 光
101a、102a 光線
431、432 フィルタ領域(第1フィルタ領域、第2フィルタ領域)
801、802 偏光フィルタ
900 偏光選択フィルタ
901、902 フィルタ領域(第1フィルタ領域、第2フィルタ領域)
11 1st
41
801, 802
Claims (7)
前記ウェハの表面形状を測定するシャックハルトマン方式のSHセンサと、
前記測定領域を照射する第1光源と、
前記SHセンサに対して前記ウェハの反対側に配置され、前記ウェハのエッジを照射し、前記エッジのシルエット像を前記SHセンサに入射させる第2光源と、
前記測定領域からの反射光を前記SHセンサに入射させ、且つ、前記エッジを照射した光を前記SHセンサに入射させる導光部とを含む形状測定装置。 A shape measuring device for measuring the surface shape of a predetermined measurement region on the surface of a wafer,
A Shack-Hartmann-type SH sensor for measuring the surface shape of the wafer;
A first light source that illuminates the measurement area;
A second light source disposed on the opposite side of the wafer with respect to the SH sensor, illuminating an edge of the wafer, and causing a silhouette image of the edge to be incident on the SH sensor ;
A shape measuring apparatus including: a light guide unit that causes reflected light from the measurement region to enter the SH sensor and light that has been applied to the edge to enter the SH sensor.
前記第1光源から照射された波長の光を透過させて前記SHセンサに導く第1フィルタ領域と、前記第2光源から照射された波長の光を透過させて前記SHセンサに導く第2フィルタ領域とを含む波長選択フィルタを更に備える請求項1記載の形状測定装置。 The first and second light sources irradiate light having different wavelengths,
A first filter region that transmits light of a wavelength irradiated from the first light source and guides it to the SH sensor; and a second filter region that transmits light of a wavelength irradiated from the second light source and guides it to the SH sensor. DOO further comprising shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a wavelength selective filter comprising a.
前記SHセンサは、前記第1光源からの光に受光感度を持つ画素と前記第2光源からの光に受光感度を持つ画素とが少なくとも配列されたカラー撮像素子を備える請求項1記載の形状測定装置。 The first and second light sources irradiate light having different wavelengths,
The SH sensor, shape measurement according to claim 1, wherein the pixel having a light receiving sensitivity to the light from the pixel and the second light source having a light-receiving sensitivity to light from the first light source comprises a color imaging device which is at least arranged apparatus.
前記第2光源から照射された光を第2偏光方向に偏光する第2偏光フィルタと、
前記第1偏光方向の光を透過させて前記SHセンサに導く第1フィルタ領域と、前記第2偏光方向の光を透過させて前記SHセンサに導く第2フィルタ領域とを含む偏光選択フィルタを更に備える請求項1記載の形状測定装置。 A first polarizing filter that polarizes light emitted from the first light source in a first polarization direction;
A second polarizing filter that polarizes light emitted from the second light source in a second polarization direction;
A polarization selection filter further comprising: a first filter region that transmits light in the first polarization direction and guides it to the SH sensor; and a second filter region that transmits light in the second polarization direction and guides it to the SH sensor. shape measuring device according to claim 1, further comprising.
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