JP6618432B2 - Surface shape measuring apparatus and method - Google Patents

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本発明は、被測定物の表面形状、例えば半導体ウェハ等の板状体の表面形状を好適に測定する表面形状測定装置および該方法に関する。   The present invention relates to a surface shape measuring apparatus and method for suitably measuring the surface shape of an object to be measured, for example, the surface shape of a plate-like body such as a semiconductor wafer.

近年、集積回路は、素子の集積化が進んでいる。この集積回路を半導体ウェハに製造するプロセス条件であるプロセス・ルールは、通常、ゲート配線の線幅または間隔における最小加工寸法によって規定される。このプロセス・ルールが半分になれば、理論上、同じ面積に4倍のトランジスタや配線を配置することができるため、同じトランジスタ数では1/4の面積となる。この結果、1枚の半導体ウェハから製造することができるダイが4倍になるだけでなく、通常、歩留まりも改善されるため、さらに多くのダイが製造可能となる。このような多くの素子を1枚の半導体ウェハに同時に作り込むためには、半導体ウェハが平坦である必要があるため、半導体ウェハの表面形状を高精度に測定する形状測定装置が望まれている。特に、近年では、ナノトポグラフィと呼ばれる凹凸形状が注目されている。このナノトポグラフィは、表面形状から、半導体ウェハの撓みや反り等の比較的長周期な形状を除いた比較的短周期の微小な凹凸形状であり、例えば、約0.2mm〜20mmの周期であって約10nm〜数十nmの凹凸形状である(例えば特許文献2や特許文献3参照)。   In recent years, integrated circuits have been integrated. A process rule, which is a process condition for manufacturing this integrated circuit on a semiconductor wafer, is usually defined by a minimum processing dimension in the line width or interval of the gate wiring. If this process rule is halved, theoretically, four times as many transistors and wirings can be arranged in the same area, so the area is ¼ with the same number of transistors. As a result, not only the number of dies that can be manufactured from a single semiconductor wafer is quadrupled, but also the yield is usually improved, so that more dies can be manufactured. In order to simultaneously manufacture such a large number of elements on a single semiconductor wafer, the semiconductor wafer needs to be flat. Therefore, a shape measuring apparatus that measures the surface shape of the semiconductor wafer with high accuracy is desired. . In particular, in recent years, an uneven shape called nanotopography has attracted attention. This nanotopography is a minute uneven shape with a relatively short period, excluding a relatively long period shape such as bending or warping of a semiconductor wafer from the surface shape, and has a period of about 0.2 mm to 20 mm, for example. The concavo-convex shape is about 10 nm to several tens of nm (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3).

このような表面形状を測定する装置は、例えば、特許文献1に開示されている。この特許文献1に開示された大径ウェハの形状を測定する干渉計システムは、対応する第1平行参照表面及び第2平行参照表面が、それらの間に研磨された不透明プレートを配置するための空洞を形成する、第1離間参照平板及び第2離間参照平板であって、前記研磨された不透明プレートの第1表面及び第2表面は、前記研磨された不透明プレートを前記空洞内に配置する時に、前記第1参照平板及び第2参照平板の前記対応する第1参照表面及び第2参照表面から約2.5ミリメートル以下である、第1離間参照平板及び第2離間参照平板と、前記研磨された不透明プレートの前記対向する第1表面及び第2表面の分布図を作成するために、前記空洞の正反対側に配置される第1干渉計装置及び第2干渉計装置と、前記第1干渉計装置及び第2干渉計装置に光学的に結合され、複数の波長の光を生成するように設定された発光体と、前記発光体により生成される光の出力を安定させるように設定された光増幅変調器とを含む、光源と、第1干渉図形検出器及び第2干渉図形検出器と、前記プレートの厚さ変化を測定する第1干渉図形検出器及び第2干渉図形検出器の出力を受信するように結合された少なくとも1つのコンピュータと、を含む。   An apparatus for measuring such a surface shape is disclosed in Patent Document 1, for example. The interferometer system for measuring the shape of a large-diameter wafer disclosed in this Patent Document 1 is for placing an opaque plate having a corresponding first parallel reference surface and a second parallel reference surface polished between them. A first spaced reference plate and a second spaced reference plate that form a cavity, wherein the first and second surfaces of the polished opaque plate are disposed when the polished opaque plate is disposed within the cavity; A first spaced reference plate and a second spaced reference plate that are no more than about 2.5 millimeters from the corresponding first reference surface and the second reference surface of the first reference plate and the second reference plate; A first interferometer device and a second interferometer device disposed on opposite sides of the cavity to produce a distribution map of the opposing first and second surfaces of the opaque plate, and the first interferometer Equipment A light emitter optically coupled to the second interferometer device and set to generate light of a plurality of wavelengths, and an optical amplification modulation set to stabilize the output of the light generated by the light emitter A light source, a first interferogram detector, a second interferogram detector, and outputs of the first interferogram detector and the second interferogram detector for measuring a change in thickness of the plate. And at least one computer coupled together.

特開2013−122454号公報JP 2013-122454 A 特開2007−61968号公報JP 2007-61968 A 特開2009−27095号公報JP 2009-27095 A

ところで、半導体ウェハは、集積回路のコストダウンを図るために、1枚の半導体ウェハからより多くのダイを製造するべく、大口径化が進展している。近年では、直径300mmの半導体ウェハが普及し始めており、さらに直径450mmの半導体ウェハも開発されている。   By the way, in order to reduce the cost of an integrated circuit, semiconductor wafers have been increased in diameter in order to manufacture more dies from one semiconductor wafer. In recent years, semiconductor wafers with a diameter of 300 mm have begun to spread, and semiconductor wafers with a diameter of 450 mm have also been developed.

このような比較的大口径の被測定物に対し、前記特許文献1に開示された干渉計システムのように、1つの光学測定系でその全面をカバーしようとすると、直径や光路長等の、光学測定系のサイズが大きくなり、このような光学測定系の支持構造を含めて表面形状測定装置が大型化してしまう。そうすると、これに伴い、人力作業での光学測定系の調整操作が困難となったり、光学測定系にある光干渉計における剛性の確保が困難で設置環境から外乱振動を受け易くなったり、設置場所に大きな空間が必要になったり等の課題が生じてしまう。   For such an object having a relatively large diameter, as in the interferometer system disclosed in Patent Document 1, when trying to cover the entire surface with one optical measurement system, such as the diameter and the optical path length, The size of the optical measurement system becomes large, and the surface shape measuring device including such a support structure for the optical measurement system becomes large. As a result, it becomes difficult to adjust the optical measurement system manually, or it is difficult to secure rigidity in the optical interferometer in the optical measurement system, and it is easy to receive disturbance vibration from the installation environment. In other words, a large space is required.

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、1回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる表面形状測定装置および表面形状測定方法を提供することである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to measure the surface shape of an object to be measured that is larger than a single measurement range, and to achieve a surface that can be measured with higher accuracy while being more compact. To provide a shape measuring device and a surface shape measuring method.

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる表面形状測定装置は、光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、前記被測定物を保持し、前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動する保持移動部と、前記保持移動部によって前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算部とを備え、前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理部とを備えることを特徴とする。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記光学測定系の1回の測定範囲よりも大きい前記被測定物を保持する(前記保持移動部は、前記光学測定系の1回の測定範囲よりも大きい前記被測定物を保持するように構成される)。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記測定データは、干渉縞画像であり、前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データを用いた位相回復計算によって位相画像を求める位相画像演算部をさらに備え、前記フィルタ処理部は、前記複数の測定データに対応する前記位相画像演算部による複数の位相画像それぞれについて、当該位相画像から、前記第1周期成分を抽出するように、前記第2周期成分を除去する前記フィルタ処理を行う。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記第1周期成分は、ナノトポグラフィの周期成分に相当する成分である。好ましくは、上述の表面形状測定装置において、前記フィルタ処理部は、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタである。   As a result of various studies, the present inventor has found that the above object is achieved by the present invention described below. That is, the surface shape measuring apparatus according to one aspect of the present invention includes an optical measurement system that generates measurement data related to the shape of an object to be measured using an optical interferometer, the object to be measured, and the object to be measured. A plurality of different surfaces of the object to be measured by relatively moving the object to be measured and the optical measurement system by the holding and moving part that moves relative to the optical measurement system. A shape calculation unit that obtains a surface shape of the entire surface of the object to be measured based on a plurality of measurement data generated by the optical measurement system at a position, and the shape calculation unit includes each of the plurality of measurement data A filter that performs a filtering process to remove a second period component having a longer period than the first period component so as to extract a predetermined first period component based on the measurement data A processing section, a plurality of filter processing result of the filter processing unit corresponding to the plurality of measurement data, characterized in that it comprises a connection processing unit for connecting between the surface location adjacent to each other. Preferably, in the above-described surface shape measuring apparatus, the holding and moving unit holds the object to be measured that is larger than one measurement range of the optical measuring system (the holding moving unit is one of the optical measuring system). Configured to hold the object to be measured that is larger than the measurement range of times). Preferably, in the above-described surface shape measurement apparatus, the measurement data is an interference fringe image, and the shape calculation unit obtains a phase image by phase recovery calculation using the measurement data for each of the plurality of measurement data. A phase image calculation unit; and the filter processing unit extracts the first periodic component from the phase image for each of the plurality of phase images by the phase image calculation unit corresponding to the plurality of measurement data. The filter processing for removing the second period component is performed. Preferably, in the above-described surface shape measuring apparatus, the first periodic component is a component corresponding to a periodic component of nanotopography. Preferably, in the above-described surface shape measuring apparatus, the filter processing unit is a high-pass filter or a band-pass filter.

このような表面形状測定装置は、保持移動部によって被測定物と光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物の一方表面を、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって測定するので、前記光学測定系を大型化せずに、その1回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、当該表面形状測定装置をより小型化できる。そして、仮に、前記複数の測定データを、互いに隣接する表面位置間で接続した後に、前記フィルタ処理を行う場合では、前記接続の際に、その接続境界部分で互いに隣接する測定データ間における高さ方向の調整(オフセット調整)や面傾きの調整を行う必要がある。このため、比較的大きな被測定物では、長い境界部分と2つの調整とにより、接続開始点から距離が離れるほど調整不足に起因する誤差が大きくなってしまう。しかしながら、上記表面形状測定装置は、前記複数の測定データを接続する前に、フィルタ処理を行うことで、前記誤差の主因である第2周期成分を除去するので、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、より高精度で接続できる。したがって、上記表面形状測定装置は、1回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる。   Such a surface shape measuring apparatus is configured to move one surface of the object to be measured and a plurality of different surface positions on the object to be measured by relatively moving the object to be measured and the optical measurement system by the holding and moving unit. Since the measurement is performed by the optical measurement system, the surface shape of the object to be measured larger than the single measurement range can be measured without increasing the size of the optical measurement system, and the surface shape measurement apparatus can be further downsized. . In the case where the filtering process is performed after connecting the plurality of measurement data between the adjacent surface positions, the height between the measurement data adjacent to each other at the connection boundary portion at the time of the connection. It is necessary to adjust the direction (offset adjustment) and the surface inclination. For this reason, in a relatively large object to be measured, an error due to insufficient adjustment increases as the distance from the connection start point increases due to the long boundary portion and the two adjustments. However, since the surface shape measuring apparatus removes the second periodic component that is the main cause of the error by performing a filtering process before connecting the plurality of measurement data, it corresponds to the plurality of measurement data. A plurality of filter processing results by the filter processing unit can be connected with higher accuracy. Therefore, the surface shape measuring apparatus can measure the surface shape of an object to be measured that is larger than a single measurement range, and can measure with higher accuracy while further downsizing.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記フィルタ処理部は、前記測定範囲の端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータ(当該測定データに対する不足データ)を、当該測定データの測定範囲(当該測定範囲)に隣接する表面位置の測定範囲(隣接測定範囲)における測定データ(補完データ)で補う補完部と、前記補完部による補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うフィルタ部とを備えることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measurement apparatus, when the filter processing unit performs the filter processing on the measurement data at the end of the measurement range, the data that is insufficient for the filter size of the filter processing A complementing unit that supplements (insufficient data with respect to the measurement data) with measurement data (complementary data) in a measurement range (adjacent measurement range) of a surface position adjacent to the measurement range (measurement range) of the measurement data, and the complementing unit And a filter unit that performs the filtering process on the measurement data after complementation by.

フィルタ処理を行う場合に、端部で測定データの不足が生じ、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差が生じてしまう。しかしながら、上記表面形状測定装置は、この測定データの不足分を、測定範囲で隣接する測定データで補うので、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差を低減できる。   When performing the filtering process, the measurement data is deficient at the edge, and an error due to the deficiency of the data to be filtered occurs. However, since the surface shape measuring apparatus compensates for the shortage of the measurement data with the measurement data adjacent in the measurement range, it is possible to reduce errors due to the lack of data to be filtered.

また、他の一態様では、上述の表面形状測定装置において、前記フィルタ処理部は、前記フィルタ部によるフィルタ処理結果から、前記補完部で補われたデータ(前記補完データ)に対応する部分を除去する除去部をさらに備えることを特徴とする。   According to another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the filter processing unit removes a portion corresponding to the data (complementary data) supplemented by the complementing unit from the filter processing result by the filter unit. It is further characterized by further including a removing unit.

このような表面形状測定装置は、前記補完部で補われたデータに対応する部分を除去するので、前記補うことによって生じる前記接続(前記調整)に伴う誤差を低減できる。   Since such a surface shape measuring apparatus removes a portion corresponding to the data supplemented by the complementing unit, it is possible to reduce an error associated with the connection (the adjustment) caused by the supplementing.

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記被測定物を縦置きで保持する保持部と、前記保持部を、横方向の径方向および周方向の2軸で移動する移動部とを備えることを特徴とする。   Moreover, in another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the holding and moving unit includes a holding unit that holds the object to be measured in a vertical position, and the holding unit in a radial direction and a circumferential direction in a horizontal direction. The moving part which moves by these 2 axes is provided.

このような表面形状測定装置は、被測定物を縦置きで保持するので、被測定物の自重による撓みを低減できる。そして、上記表面形状測定装置は、保持部を横方向の径方向に移動するので、前記保持部を移動荷重の小さい方向で移動でき、移動部の小型化を図れる。   Since such a surface shape measuring apparatus holds the object to be measured in a vertical position, it is possible to reduce the bending due to the weight of the object to be measured. And since the said surface shape measuring apparatus moves a holding | maintenance part to the radial direction of a horizontal direction, the said holding | maintenance part can be moved in the direction where a moving load is small, and size reduction of a moving part can be achieved.

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第2保持部と、前記第2保持部を、径方向および周方向の2軸で移動する移動部とを備えることを特徴とする。   Further, in another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the holding moving unit includes a second holding unit that holds the object to be measured horizontally, and the second holding unit in a radial direction and a circumferential direction. And a moving unit that moves in two directions.

このような表面形状測定装置は、被測定物を横置きで保持するので、保持移動部の構造を簡素化できる。   Since such a surface shape measuring apparatus holds the object to be measured in a horizontal position, the structure of the holding and moving part can be simplified.

また、他の一態様では、これら上述の表面形状測定装置において、前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第2保持部と、前記第2保持部を、線形独立な2方向の2軸で移動する第2移動部とを備えることを特徴とする。   Further, in another aspect, in the above-described surface shape measuring apparatus, the holding moving unit includes a second holding unit that holds the object to be measured horizontally and the second holding unit that is linearly independent. And a second moving unit that moves in two directions.

このような表面形状測定装置は、被測定物を横置きで保持するので、保持移動部の構造を簡素化できる。   Since such a surface shape measuring apparatus holds the object to be measured in a horizontal position, the structure of the holding and moving part can be simplified.

そして、本発明の他の一態様にかかる表面形状測定方法は、光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定工程と、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定工程によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算工程とを備え、前記形状演算工程は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理工程と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理工程による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理工程とを備えることを特徴とする。   The surface shape measurement method according to another aspect of the present invention includes an optical measurement step of generating measurement data related to the shape of an object to be measured using an optical interferometer, and a plurality of different surface positions on the object to be measured. And a shape calculation step for obtaining a surface shape of the entire one surface of the object to be measured based on a plurality of measurement data generated by the optical measurement step, wherein the shape calculation step is performed for each of the plurality of measurement data. A filtering process for performing a filtering process to remove a second period component having a longer period than the first period component so as to extract a predetermined first period component based on the measurement data; and the plurality of measurements A connection processing step of connecting a plurality of filter processing results by the filter processing step corresponding to data between adjacent surface positions. To.

このような表面形状測定方法は、被測定物の一方表面を、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定工程によって測定するので、前記光学測定工程に用いる測定系を大型化せずに、その1回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、当該装置をより小型化できる。そして、上記表面形状測定方法は、前記複数の測定データを接続する前に、フィルタ処理を行うことで、前記誤差の主因である第2周期成分を除去するので、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理による複数のフィルタ処理結果を、より高精度で接続できる。したがって、上記表面形状測定方法は、1回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる。   In such a surface shape measuring method, since one surface of the object to be measured is measured by the optical measurement process at a plurality of different surface positions in the object to be measured, the measurement system used in the optical measurement process is enlarged. In addition, the surface shape of the object to be measured larger than the one measurement range can be measured, and the apparatus can be further downsized. The surface shape measurement method removes the second periodic component that is the main cause of the error by performing a filter process before connecting the plurality of measurement data, and therefore corresponds to the plurality of measurement data. A plurality of filter processing results by the filter processing can be connected with higher accuracy. Therefore, the surface shape measuring method can measure the surface shape of an object to be measured that is larger than a single measurement range, and can measure with higher accuracy while further downsizing.

本発明にかかる表面形状測定装置および表面形状測定方法は、1回の測定範囲よりも大きな被測定物の表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度で測定できる。   The surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method according to the present invention can measure the surface shape of an object to be measured that is larger than a single measurement range, and can measure with higher accuracy while reducing the size.

実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the surface shape measuring apparatus in embodiment. 前記表面形状測定装置に用いられる第1態様の保持移動部において、保持体および保持片を説明するための正面図である。It is a front view for demonstrating a holding body and a holding piece in the holding | maintenance moving part of the 1st aspect used for the said surface shape measuring apparatus. 前記第1態様の保持移動部において、保持片による被測定物の保持状態を説明するための保持片周辺の拡大図側面である。FIG. 6 is an enlarged side view of the periphery of the holding piece for explaining a holding state of the object to be measured by the holding piece in the holding movement unit of the first aspect. 前記表面形状測定装置に用いられる第2態様の保持移動部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the holding | maintenance moving part of the 2nd aspect used for the said surface shape measuring apparatus. 前記第1および第2態様の各保持移動部それぞれにおいて、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between a to-be-measured object and a measurement range in each holding | maintenance moving part of the said 1st and 2nd aspect. 前記表面形状測定装置に用いられる第3態様の保持移動部を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the holding | maintenance moving part of the 3rd aspect used for the said surface shape measuring apparatus. 前記第3態様の保持移動部において、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between a to-be-measured object and a measurement range in the holding | maintenance moving part of the said 3rd aspect. 前記表面形状測定装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the said surface shape measuring apparatus. 前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部におけるフィルタ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the filter process in the edge part of a measurement range in the said surface shape measuring apparatus. 前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部とフィルタ処理のフィルタサイズとの関係を説明するための図である。In the said surface shape measuring apparatus, it is a figure for demonstrating the relationship between the edge part of a measurement range, and the filter size of a filter process. 前記表面形状測定装置におけるフィルタ処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the filter process in the said surface shape measuring apparatus. 前記表面形状測定装置における小型化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating size reduction in the said surface shape measuring apparatus. 前記表面形状測定装置における高精度化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the high precision in the said surface shape measuring apparatus.

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。   Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the structure which attached | subjected the same code | symbol in each figure shows that it is the same structure, The description is abbreviate | omitted suitably. In this specification, when referring generically, it shows with the reference symbol which abbreviate | omitted the suffix, and when referring to an individual structure, it shows with the reference symbol which attached the suffix.

本実施形態における表面形状測定装置は、測定対象である被測定物の表面形状、特にいわゆるナノトポグラフィを好適に測定できる装置である。被測定物は、例えば、半導体ウェハ等の板状体であり、好適には、表面形状測定装置の1回の測定範囲よりも大きな面積の表面を持つ。このような本実施形態における表面形状測定装置は、光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、前記被測定物を保持し、前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動する保持移動部と、前記保持移動部によって前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算部とを備える。そして、前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理部とを備える。以下、より具体的に説明する。   The surface shape measuring apparatus in the present embodiment is an apparatus that can suitably measure the surface shape of an object to be measured, particularly a so-called nanotopography. The object to be measured is, for example, a plate-like body such as a semiconductor wafer, and preferably has a surface having an area larger than one measurement range of the surface shape measuring apparatus. Such a surface shape measuring apparatus in the present embodiment includes an optical measurement system that generates measurement data relating to the shape of the object to be measured using an optical interferometer, the object to be measured, the object to be measured, and the optical A holding movement unit that moves relative to the measurement system, and a relative movement between the object to be measured and the optical measurement system by the holding movement unit, so that a plurality of different surface positions in the measurement object can be obtained. A shape calculation unit that obtains a surface shape of the entire surface of the object to be measured based on a plurality of measurement data generated by the optical measurement system. Then, the shape calculation unit, for each of the plurality of measurement data, a second period component having a longer period than the first period component is extracted based on the measurement data. A filter processing unit that performs a filtering process to be removed, and a connection processing unit that connects a plurality of filter processing results by the filter processing unit corresponding to the plurality of measurement data between adjacent surface positions. More specific description will be given below.

図1は、実施形態における表面形状測定装置の構成を示す図である。図2は、前記表面形状測定装置に用いられる第1態様の保持移動部において、保持体および保持片を説明するための正面図である。図3は、前記第1態様の保持移動部において、保持片による被測定物の保持状態を説明するための保持片周辺の拡大図側面である。図4は、前記表面形状測定装置に用いられる第2態様の保持移動部を説明するための図である。図5は、前記第1および第2態様の各保持移動部それぞれにおいて、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。図6は、前記表面形状測定装置に用いられる第3態様の保持移動部を説明するための図である。図7は、前記第3態様の保持移動部において、被測定物と測定範囲との関係を説明するための図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a surface shape measuring apparatus according to an embodiment. FIG. 2 is a front view for explaining a holding body and a holding piece in the holding moving unit of the first aspect used in the surface shape measuring apparatus. FIG. 3 is an enlarged side view of the periphery of the holding piece for explaining a holding state of the object to be measured by the holding piece in the holding moving unit of the first aspect. FIG. 4 is a view for explaining a holding and moving unit of the second aspect used in the surface shape measuring apparatus. FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the object to be measured and the measurement range in each of the holding and moving units of the first and second aspects. FIG. 6 is a diagram for explaining a holding and moving unit of the third aspect used in the surface shape measuring apparatus. FIG. 7 is a diagram for explaining the relationship between the object to be measured and the measurement range in the holding and moving unit of the third aspect.

実施形態における表面形状測定装置Mは、例えば、図1に示すように、光学測定系1と、保持移動部7と、形状演算部22を持つ制御演算部2とを備え、図1に示す例では、さらに、記憶部3と、入力部4と、出力部5と、インターフェース部(IF部)6とを備える。   The surface shape measuring apparatus M according to the embodiment includes, for example, an optical measurement system 1, a holding and moving unit 7, and a control calculation unit 2 having a shape calculation unit 22, as shown in FIG. Then, the storage unit 3, the input unit 4, the output unit 5, and the interface unit (IF unit) 6 are further provided.

入力部4は、制御演算部2に接続され、例えば、被測定物SPの形状測定の開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば被測定物SPにおける識別子の入力等の形状を測定する上で必要な各種データを表面形状測定装置Mに入力する機器であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ、キーボードおよびマウス等である。出力部5は、制御演算部2に接続され、制御演算部2の制御に従って、入力部4から入力されたコマンドやデータ、および、表面形状測定装置Mによって測定された被測定物SPの形状を出力する機器であり、例えばCRTディスプレイ、LCD(液晶ディスプレイ)および有機ELディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。   The input unit 4 is connected to the control calculation unit 2 and measures, for example, various commands such as a command for instructing the start of shape measurement of the device under test SP, and the shape such as input of an identifier in the device under test SP, for example. A device that inputs various data necessary for the above to the surface shape measuring apparatus M, such as a plurality of input switches, a keyboard, a mouse, and the like assigned with predetermined functions. The output unit 5 is connected to the control calculation unit 2, and in accordance with control of the control calculation unit 2, commands and data input from the input unit 4 and the shape of the object SP to be measured measured by the surface shape measuring device M are displayed. An output device, for example, a display device such as a CRT display, an LCD (liquid crystal display) and an organic EL display, or a printing device such as a printer.

なお、入力部4および出力部5からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部4は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部5は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な1または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として形状測定装置Mに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い表面形状測定装置Mが提供される。   A touch panel may be configured from the input unit 4 and the output unit 5. In the case of configuring this touch panel, the input unit 4 is a position input device that detects and inputs an operation position such as a resistive film method or a capacitance method, and the output unit 5 is a display device. In this touch panel, a position input device is provided on the display surface of the display device, one or more input content candidates that can be input to the display device are displayed, and the user touches the display position where the input content to be input is displayed. Then, the position is detected by the position input device, and the display content displayed at the detected position is input to the shape measuring device M as the operation input content of the user. In such a touch panel, since the user can easily understand the input operation intuitively, the surface shape measuring device M that is easy for the user to handle is provided.

IF部6は、制御演算部2に接続され、制御演算部2の制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるRS−232Cのインターフェース回路、Bluetooth(登録商標)規格を用いたインターフェース回路、IrDA(Infrared Data Asscoiation)規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、USB(Universal Serial Bus)規格を用いたインターフェース回路等である。   The IF unit 6 is a circuit that is connected to the control calculation unit 2 and inputs / outputs data to / from an external device according to the control of the control calculation unit 2. For example, an interface circuit of RS-232C that is a serial communication method , An interface circuit using the Bluetooth (registered trademark) standard, an interface circuit performing infrared communication such as an IrDA (Infrared Data Association) standard, and an interface circuit using the USB (Universal Serial Bus) standard.

光学測定系1は、制御演算部2に接続され、制御演算部2の制御に従って、光干渉計を用いて被測定物SPの形状に関する測定データを生成する装置である。光干渉計は、所定の波長を持つ測定光が入射され、前記測定光の入射位置から干渉位置までの間に2個の第1および第2光路を形成する複数の光学素子(例えば全反射ミラー、ハーフミラー、レンズ等)を備える装置である。前記光干渉計における前記第1および第2光路のうちの一方に、被測定物SPを配置することによって、前記第1光路の第1光学的距離と前記第2光路の第2光学的距離との間に、差が生じる。この差によって、前記測定光から分配された第1および第2光における前記第1光路を伝播した第1光と前記第2光路を伝播した第2光とは、前記干渉位置で干渉し、いわゆる干渉縞を生じる。このような光干渉計は、例えば、マイケルソン干渉計、トワイマングリーン干渉計、フィゾー干渉計等の種々の光干渉計を用いることができる。そして、この光干渉計による前記干渉縞を例えば2次元イメージセンサ等を備えるカメラによって撮像することで前記測定データがその一例として生成される。   The optical measurement system 1 is an apparatus that is connected to the control calculation unit 2 and generates measurement data relating to the shape of the object SP to be measured using an optical interferometer according to the control of the control calculation unit 2. The optical interferometer has a plurality of optical elements (for example, total reflection mirrors) that form two first and second optical paths between the incident position of the measurement light and the interference position when measurement light having a predetermined wavelength is incident on the optical interferometer. , Half mirror, lens, etc.). By arranging the object SP to be measured in one of the first and second optical paths in the optical interferometer, the first optical distance of the first optical path and the second optical distance of the second optical path There is a difference between Due to this difference, the first light propagated through the first optical path and the second light propagated through the second optical path in the first and second lights distributed from the measurement light interfere with each other at the interference position, so-called Interference fringes are generated. As such an optical interferometer, for example, various optical interferometers such as a Michelson interferometer, a Twiman Green interferometer, and a Fizeau interferometer can be used. And the said measurement data are produced | generated as the example by imaging the said interference fringe by this optical interferometer with the camera provided with a two-dimensional image sensor etc., for example.

保持移動部7は、制御演算部2に接続され、制御演算部2の制御に従って、被測定物SPを保持し、被測定物SPと光学測定系1とを相対的に移動する装置である。保持移動部7は、光学測定系1の1回の測定範囲SAよりも大きい被測定物SPを保持する。すなわち、保持移動部7は、光学測定系1の1回の測定範囲SAよりも大きい被測定物SPを保持するように構成される。保持移動部7は、例えば、被測定物SPを固定的に保持し、この固定的に保持された被測定物SPに対し光学測定系1を移動することで、被測定物SPと光学測定系1とを相対的に移動するように構成されて良く、また例えば、被測定物SPおよび光学測定系1それぞれを移動することで、被測定物SPと光学測定系1とを相対的に移動するように構成されて良い。本実施形態では、光学測定系1が図略の支持部材によって固定的に保持され、この固定的に保持された光学測定系1に対し被測定物SPを移動することで、被測定物SPと光学測定系1とを相対的に移動するように構成されている。このような本実施形態における保持移動部7として、例えば、第1ないし第3態様の保持移動部7のうちのいずれかが好適に用いられる。   The holding and moving unit 7 is a device that is connected to the control calculation unit 2, holds the device under test SP according to the control of the control calculation unit 2, and relatively moves the device under test SP and the optical measurement system 1. The holding / moving unit 7 holds an object SP to be measured that is larger than one measurement range SA of the optical measurement system 1. In other words, the holding and moving unit 7 is configured to hold an object SP to be measured that is larger than one measurement range SA of the optical measurement system 1. The holding / moving unit 7 holds, for example, the object SP to be measured, and moves the optical measurement system 1 with respect to the object SP to be fixedly held, so that the object SP and the optical measurement system are moved. 1 may be configured to move relative to each other. For example, the object SP and the optical measurement system 1 are moved relatively by moving the object SP and the optical measurement system 1 respectively. It may be configured as follows. In the present embodiment, the optical measurement system 1 is fixedly held by a support member (not shown), and the object SP is moved relative to the optical measurement system 1 that is fixedly held. The optical measuring system 1 is configured to move relatively. As such a holding and moving unit 7 in the present embodiment, for example, any one of the holding and moving units 7 of the first to third modes is preferably used.

第1態様の保持移動部7は、被測定物SPを縦置きで保持する保持部(第1保持部)と、前記保持部を、横方向の径方向(r方向)および周方向(θ方向)の2軸(rθ軸)で移動する移動部とを備える。この第1態様の保持移動部7は、以下でより詳しく説明する。このような第1態様の保持移動部7を用いた表面形状測定装置Mは、被測定物SPを縦置きで保持するので、被測定物SPの自重による撓みを低減できる。そして、このような表面形状測定装置Mは、前記保持部を横方向の径方向に移動するので、前記保持部を移動荷重の小さい方向で移動でき、前記移動部の小型化、ひいては表面形状測定装置Mの小型化を図れる。   The holding movement unit 7 of the first aspect includes a holding unit (first holding unit) that holds the object SP to be measured in a vertical position, and the holding unit in a radial direction (r direction) and a circumferential direction (θ direction). ) Of two moving axes (rθ axis). The holding and moving part 7 of this first aspect will be described in more detail below. Since the surface shape measuring apparatus M using the holding / moving unit 7 of the first aspect holds the object SP in a vertical position, it is possible to reduce bending due to the weight of the object SP. And since such a surface shape measuring apparatus M moves the said holding | maintenance part to the radial direction of a horizontal direction, the said holding | maintenance part can be moved in the direction where a moving load is small, and size reduction of the said moving part and by extension, surface shape measurement The apparatus M can be reduced in size.

第2態様の保持移動部7は、例えば、図4に示すように、被測定物SPを横置きで保持する第2保持部と、前記第2保持部を、径方向(r方向)および周方向(θ方向)の2軸(rθ軸)で移動する移動部とを備える。図4Aは、光学測定系1における測定範囲SAの中心位置と被測定物SPの中心位置とが互いに一致するように、被測定物SP(前記第2保持部)と光学測定系1とを相対的に移動させた後の様子を示し、図4Aは、光学測定系1における測定範囲SAが被測定物SPの一方端部に位置するように、被測定物SP(前記第2保持部)と光学測定系1とを相対的に移動させた後の様子を示す。例えば、第2態様の保持移動部7は、一方向に移動するステージと、前記ステージ上に設けられ、回転移動するターンテーブルと、前記ターンテーブル上に設けられた前記第2保持部とを備える。前記第2保持部は、第1態様の保持移動部7における前記保持部(前記第1保持部)と構造的には同様に構成されている。このような第2態様の保持移動部7は、例えば、図5に示すように、まず、移動部によって第2保持部を径方向および周方向で適宜に移動することで、光学測定系1における測定範囲SAの中心位置と被測定物SPの中心位置とを互いに一致させ、表面形状測定装置Mは、測定を行う。次に、第2態様の保持移動部7は、測定範囲SAの大きさ等を考慮することで径方向で隙間無く測定できる径方向の所定の位置に、光学測定系1に対して第2保持部を移動部によって移動する。この径方向の所定の位置において、第2態様の保持移動部7は、測定範囲SAの大きさ等を考慮することで周方向で隙間無く測定できる、周方向に並ぶ複数の測定範囲SAそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、移動部によって第2保持部を周方向に移動し、表面形状測定装置Mは、前記複数の表面位置それぞれで測定を行う。そして、このような径方向の移動と周方向の移動および測定とが、被測定物SPの端部まで繰り返される。これによって被測定物SPの表面全体に亘って光学測定系1によって測定データが生成される。このような表面形状測定装置Mは、被測定物SPを横置きで保持するので、第2態様の保持移動部7の構造を簡素化できる。   For example, as shown in FIG. 4, the holding movement unit 7 of the second mode includes a second holding unit that holds the object SP to be measured horizontally, and the second holding unit in a radial direction (r direction) and a circumferential direction. And a moving unit that moves in two directions (θ direction). FIG. 4A shows that the object SP (second holding unit) and the optical measurement system 1 are relative to each other so that the center position of the measurement range SA in the optical measurement system 1 and the center position of the object SP are coincident with each other. FIG. 4A shows the state of the measured object SP (the second holding unit) so that the measurement range SA in the optical measurement system 1 is located at one end of the measured object SP. The state after relatively moving the optical measurement system 1 is shown. For example, the holding and moving unit 7 of the second aspect includes a stage that moves in one direction, a turntable that is provided on the stage and rotates, and the second holding unit that is provided on the turntable. . The second holding unit is configured in the same manner as the holding unit (the first holding unit) in the holding movement unit 7 of the first mode. For example, as shown in FIG. 5, such a holding and moving unit 7 of the second aspect first moves the second holding unit appropriately in the radial direction and the circumferential direction by the moving unit. The surface shape measuring apparatus M performs measurement by causing the center position of the measurement range SA and the center position of the object SP to be measured to coincide with each other. Next, the holding movement unit 7 according to the second mode performs the second holding with respect to the optical measurement system 1 at a predetermined position in the radial direction that can be measured without gaps in the radial direction by considering the size of the measurement range SA and the like. The part is moved by the moving part. At a predetermined position in the radial direction, the holding and moving unit 7 of the second aspect can measure each of the plurality of measurement ranges SA arranged in the circumferential direction, which can be measured without gaps in the circumferential direction by considering the size of the measurement range SA and the like. The second holding unit is moved in the circumferential direction by the moving unit so as to be positioned at each of a plurality of corresponding surface positions, and the surface shape measuring apparatus M performs measurement at each of the plurality of surface positions. Then, such radial movement and circumferential movement and measurement are repeated up to the end of the object SP to be measured. As a result, measurement data is generated by the optical measurement system 1 over the entire surface of the object SP. Since such a surface shape measuring apparatus M holds the object SP to be measured horizontally, the structure of the holding movement unit 7 of the second aspect can be simplified.

第3態様の保持移動部7は、例えば、図6に示すように、被測定物SPを横置きで保持する第2保持部と、前記第2保持部を、線形独立な2方向の2軸で移動する第2移動部とを備える。図6Aは、光学測定系1における測定範囲SAの中心位置と被測定物SPの中心位置とが互いに一致するように、被測定物SP(前記第2保持部)と光学測定系1とを相対的に移動させた後の様子を示し、図4Aは、光学測定系1における測定範囲SAが被測定物SPの一方端部に位置するように、被測定物SP(前記第2保持部)と光学測定系1とを相対的に移動させた後の様子を示す。例えば、第3態様の保持移動部7は、互いに直交するX方向およびY方向それぞれに独立に移動するXYステージと、前記XYステージ上に設けられた前記第2保持部とを備える。このような第3態様の保持移動部7は、例えば、図7に示すように、まず、第2移動部によって第2保持部をX方向およびY方向で適宜に移動することで、光学測定系1の測定範囲SAを被測定物SPの或る一方の端部に位置に、光学測定系1に対して第2保持部を第2移動部によって移動し、表面形状測定装置Mは、測定を行う。次に、第3態様の保持移動部7は、測定範囲SAの大きさ等を考慮することでX方向(またはY方向)で隙間無く測定できる、X方向(またはY方向)に並ぶ複数の測定範囲SAそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、第2移動部によって第2保持部をX方向に移動し、表面形状測定装置Mは、前記複数の表面位置それぞれで測定を行う。次に、第3態様の保持移動部7は、測定範囲SAの大きさ等を考慮することでY方向(またはX方向)で隙間無く測定できるY方向(またはX方向)の所定の位置に、光学測定系1に対して第2保持部を第2移動部によって移動し、表面形状測定装置Mは、測定を行う。次に、このY方向(またはX方向)の所定の位置において、第3態様の保持移動部7は、測定範囲SAの大きさ等を考慮することでX方向(またはY方向)で隙間無く測定できる、X方向(またはY方向)に並ぶ複数の測定範囲SAそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、第2移動部によって第2保持部をX方向に移動し、表面形状測定装置Mは、前記複数の表面位置それぞれで測定を行う。そして、このようなY方向(またはX方向)の移動とX方向(またはY方向)の移動および測定とが、被測定物SPの他方の端部まで繰り返される。これによって被測定物SPの表面全体に亘って光学測定系1によって測定データが生成される。好ましくは、第3態様の保持移動部7は、光学測定系1における測定範囲SAの中心位置と被測定物SPの中心位置とを互いに一致できるように構成される。このような表面形状測定装置Mは、被測定物SPを横置きで保持するので、第3態様の保持移動部7の構造を簡素化できる。   For example, as shown in FIG. 6, the holding movement unit 7 of the third aspect includes a second holding unit that holds the object SP to be measured horizontally and the second holding unit in two linearly independent two axes. And a second moving part that moves at the same time. FIG. 6A shows that the object SP (second holding unit) and the optical measurement system 1 are relative to each other so that the center position of the measurement range SA in the optical measurement system 1 and the center position of the object SP are coincident with each other. FIG. 4A shows the state of the measured object SP (the second holding unit) so that the measurement range SA in the optical measurement system 1 is located at one end of the measured object SP. The state after relatively moving the optical measurement system 1 is shown. For example, the holding movement unit 7 of the third aspect includes an XY stage that moves independently in each of the X direction and the Y direction orthogonal to each other, and the second holding unit provided on the XY stage. For example, as shown in FIG. 7, the holding movement unit 7 of the third aspect first moves the second holding unit appropriately in the X direction and the Y direction by the second movement unit, so that the optical measurement system The measurement range SA of 1 is moved to a certain end of the object SP to be measured, the second holding unit is moved by the second moving unit with respect to the optical measurement system 1, and the surface shape measuring apparatus M performs the measurement. Do. Next, the holding and moving unit 7 of the third aspect can perform a plurality of measurements in the X direction (or Y direction) that can be measured without gaps in the X direction (or Y direction) by considering the size of the measurement range SA and the like. The second holding unit is moved in the X direction by the second moving unit so as to be positioned at each of the plurality of surface positions corresponding to each of the ranges SA, and the surface shape measuring apparatus M performs measurement at each of the plurality of surface positions. . Next, the holding movement unit 7 of the third aspect is in a predetermined position in the Y direction (or X direction) that can be measured without gaps in the Y direction (or X direction) by considering the size of the measurement range SA, etc. The second holding unit is moved by the second moving unit with respect to the optical measurement system 1, and the surface shape measuring apparatus M performs the measurement. Next, at a predetermined position in the Y direction (or X direction), the holding and moving unit 7 of the third aspect performs measurement without gaps in the X direction (or Y direction) by considering the size of the measurement range SA and the like. The second holding unit is moved in the X direction by the second moving unit so as to be positioned at each of the plurality of surface positions corresponding to each of the plurality of measurement ranges SA arranged in the X direction (or Y direction). The apparatus M performs measurement at each of the plurality of surface positions. Then, such movement in the Y direction (or X direction) and movement and measurement in the X direction (or Y direction) are repeated until the other end of the object SP to be measured. As a result, measurement data is generated by the optical measurement system 1 over the entire surface of the object SP. Preferably, the holding and moving unit 7 of the third aspect is configured such that the center position of the measurement range SA and the center position of the object SP to be measured can coincide with each other in the optical measurement system 1. Since such a surface shape measuring apparatus M holds the object SP to be measured horizontally, the structure of the holding and moving part 7 of the third aspect can be simplified.

保持移動部7は、上述したように、これら第2および第3態様のうちのいずれかであっても良いが、本実施形態では、第1態様で構成されている。より詳しくは、第1態様の保持移動部7は、図1ないし図3に示すように、ステージ71と、傾斜立設機構72と、ターンテーブル73と、調節機構74(74−1〜74−3)と、保持体75と、保持片76(76−1〜76−3)とを備える。   As described above, the holding and moving unit 7 may be any one of the second and third modes, but is configured in the first mode in the present embodiment. More specifically, as shown in FIGS. 1 to 3, the holding and moving unit 7 of the first aspect includes a stage 71, an inclined standing mechanism 72, a turntable 73, and an adjustment mechanism 74 (74-1 to 74-). 3), a holding body 75, and holding pieces 76 (76-1 to 76-3).

ステージ71は、支持台座8上に設けられ、制御演算部2に接続され、制御演算部2の制御に従って、図1に示す例では紙面垂直方向の一方向に移動する装置である。   The stage 71 is a device that is provided on the support base 8, is connected to the control calculation unit 2, and moves in one direction perpendicular to the paper surface in the example shown in FIG.

傾斜立設機構72は、ステージ71上に設けられ、後述するように、保持片76を介して保持体75で保持された被測定物SPが横置きとなる、図1に二点鎖線で示す待機姿勢から、前記被測定物SPが縦置きとなる、図1に実線で示す測定姿勢まで、保持体75の姿勢を変更する装置である。好ましくは、測定姿勢では、保持体75は、傾斜立設機構72によって、鉛直方向から所定の角度θだけ傾けて立設される。被測定物SPをその自重で安定させるためには、前記所定の角度(鉛直方向からの傾き角度)θは、より大きい方が好ましいが、前記所定の角度θを大きくすると自重によって撓み変形が被測定物SPに生じ、仕様で規定される光学測定系1の測定許容範囲を越えてしまう。このため、前記所定の角度θは、光学測定系1の測定許容範囲によって設定される。例えば、前記所定の角度θは、1度ないし10度の範囲のうちのいずれかの値である。より好ましくは、前記所定の角度θは、2度ないし5度の範囲のうちのいずれかの値である。一例では、光学測定系1の干渉計がフィゾー干渉計である場合に、前記フィゾー干渉計の性能として許容される測定面角度が0.5mrad以下であって被測定物SPが450mmの半導体ウェハである場合では、前記所定の角度θは、約3度に設定される。   The inclined standing mechanism 72 is provided on the stage 71 and, as will be described later, the object SP to be measured held by the holding body 75 via the holding piece 76 is placed horizontally, as shown by a two-dot chain line in FIG. This is an apparatus for changing the posture of the holding body 75 from a standby posture to a measurement posture shown by a solid line in FIG. Preferably, in the measurement posture, the holding body 75 is erected by the inclined erection mechanism 72 while being inclined by a predetermined angle θ from the vertical direction. In order to stabilize the object SP to be measured by its own weight, the predetermined angle (tilt angle from the vertical direction) θ is preferably larger. However, if the predetermined angle θ is increased, bending deformation due to its own weight is likely to occur. It occurs in the measurement object SP and exceeds the allowable measurement range of the optical measurement system 1 defined in the specification. For this reason, the predetermined angle θ is set according to the measurement allowable range of the optical measurement system 1. For example, the predetermined angle θ is any value in the range of 1 degree to 10 degrees. More preferably, the predetermined angle θ is any value within a range of 2 degrees to 5 degrees. In one example, when the interferometer of the optical measurement system 1 is a Fizeau interferometer, the measurement surface angle allowed as the performance of the Fizeau interferometer is 0.5 mrad or less and the object SP to be measured is a 450 mm semiconductor wafer. In some cases, the predetermined angle θ is set to about 3 degrees.

このような傾斜立設機構72は、例えば、板状部材である傾斜立設機構本体と、前記傾斜立設機構本体の一方側面に固定的にその各一方端部で連結された1対の第1および第2アーム部材と、前記第1および第2アーム部材の各他方端部に固定的にその両端部で連結された円柱状部材であるアーム軸と、制御演算部2に接続され、制御演算部2の制御に従って、前記アーム軸を回転駆動する、例えば減速機を介して前記アーム軸に連結される電動モータ等を備える動力部とを備える。このような構成の傾斜立設機構72では、前記動力部によってアーム軸を回転駆動することで、図1に二点鎖線で示す前記待機姿勢から、図1に実線で示す前記測定姿勢まで、保持体75の姿勢を変更する。   Such an inclined standing mechanism 72 includes, for example, an inclined standing mechanism main body that is a plate-like member, and a pair of first members fixedly connected to one side surface of the inclined standing mechanism main body at one end thereof. 1 and a second arm member, an arm shaft which is a columnar member fixedly connected to each other end of each of the first and second arm members at both ends thereof, and connected to the control calculation unit 2 for control And a power unit including, for example, an electric motor connected to the arm shaft via a speed reducer, which rotates the arm shaft according to the control of the calculation unit 2. In the tilted standing mechanism 72 having such a configuration, the arm shaft is driven to rotate by the power unit, thereby holding from the standby posture shown by a two-dot chain line in FIG. 1 to the measurement posture shown by a solid line in FIG. The posture of the body 75 is changed.

ターンテーブル73は、傾斜立設機構72に設けられ(図1に示す例では、前記傾斜立設機構本体上に設けられ)、制御演算部2の制御に従って、周方向に回転する装置である。   The turntable 73 is a device that is provided in the inclined standing mechanism 72 (provided on the inclined standing mechanism main body in the example shown in FIG. 1) and rotates in the circumferential direction under the control of the control calculation unit 2.

調節機構74は、ターンテーブル73に対する保持体75の傾きを調節する装置である。本実施形態では、調節機構74は、ターンテーブル73に対し保持体75を3点支持するように、3個の第1ないし第3調節機構74−1〜74−3を備えて構成される。これら第1ないし第3調節機構74−1〜74−3は、ターンテーブル73の面上に、保持体75を3点で支持するような適宜な各配設位置に配設される。一例では、これら第1ないし第3調節機構74−1〜74−3の前記各配設位置を結ぶと、三角形が形成される。これら第1ないし第3調節機構74−1〜74−3は、柱状の部材であり、これら第1ないし第3調節機構74−1〜74−3のうちの2個、例えば第1および第2調節機構74−1、74−2は、その長さが伸縮するように構成され、残余の1個、この例では第3調節機構74−3は、その長さが固定であるように構成される。より具体的には、第1および第2調節機構74−1、74−2は、それぞれ、ロッドを、例えばサーボモータやステッピングモータ等の駆動モータによって本体から出し入れすることで、その長さを伸縮させる装置であり、例えばリニアアクチュエータ等を備えて構成される。第1および第2調節機構74−1、74−2における前記各ロッドの各先端は、保持体75に連結され、保持体75を支持する。そして、第3調節機構74−3は、先端がボールヘッドである柱状部材であり、前記ボールヘッドの先端で保持体75を支持する。このような第1ないし第3調節機構74−1〜74−3は、第1および第2調節機構74−1、74−2の各長さを調整することで、ターンテーブル73に対する保持体75の傾きを、光学測定系1の測定面と略平行となるように、2軸回りで調節できる。   The adjustment mechanism 74 is a device that adjusts the inclination of the holding body 75 with respect to the turntable 73. In the present embodiment, the adjustment mechanism 74 includes three first to third adjustment mechanisms 74-1 to 74-3 so as to support the holding body 75 at three points with respect to the turntable 73. These first to third adjustment mechanisms 74-1 to 74-3 are disposed on the surface of the turntable 73 at appropriate positions for supporting the holding body 75 at three points. In one example, a triangle is formed when the arrangement positions of the first to third adjustment mechanisms 74-1 to 74-3 are connected. The first to third adjustment mechanisms 74-1 to 74-3 are columnar members, and two of the first to third adjustment mechanisms 74-1 to 74-3, for example, the first and second ones. The adjustment mechanisms 74-1 and 74-2 are configured such that their lengths are expanded and contracted, and the remaining one, in this example, the third adjustment mechanism 74-3 is configured such that its length is fixed. The More specifically, the first and second adjustment mechanisms 74-1 and 74-2 extend and retract their lengths by moving the rods in and out of the main body by a drive motor such as a servo motor or a stepping motor, for example. For example, a linear actuator or the like. The tips of the rods of the first and second adjustment mechanisms 74-1 and 74-2 are connected to the holding body 75 and support the holding body 75. The third adjusting mechanism 74-3 is a columnar member whose tip is a ball head, and supports the holding body 75 at the tip of the ball head. Such first to third adjusting mechanisms 74-1 to 73-3 adjust the lengths of the first and second adjusting mechanisms 74-1 and 74-2, so that the holding body 75 for the turntable 73 is maintained. Can be adjusted around two axes so as to be substantially parallel to the measurement surface of the optical measurement system 1.

保持体75は、被測定物SPを保持するための部材であり、例えば、図1ないし図3に示すように、平面視にて矩形形状の、平面を持つ板状体である。保持体75は、変形を防止するために、比較的高い剛性を有する剛体板(力に対する変形の小さい板状体)で形成される。保持体75は、例えば、ステンレス鋼およびアルミニウム等の金属材料(合金を含む)によって形成される。   The holding body 75 is a member for holding the DUT SP, and is, for example, a plate-like body having a rectangular shape and a flat surface in a plan view as shown in FIGS. In order to prevent deformation, the holding body 75 is formed of a rigid plate (a plate-like body having a small deformation with respect to force) having a relatively high rigidity. The holding body 75 is made of, for example, a metal material (including an alloy) such as stainless steel and aluminum.

保持片76は、保持体75の平面に配設され、被測定物SPの一方面と保持体75の前記平面とを所定の間隔を空けるように、被測定物SPの縁部を介して被測定物SPを保持する部材である。これによって被測定物SPにおける前記一方面(表面)に対向する他方面(裏面)が保持体75に当接することが無く、被測定物SPの他方面の汚損を防止できる。好ましくは、保持片76は、被測定物SPの前記一方面と保持体75の前記平面とを前記所定の間隔を空けて平行となるように、被測定物SPを保持する。保持片76は、例えば、階段状の断面(略L字状の断面)を持ち、保持体75の前記平面から前記階段状における段部までの高さ(厚さ)が前記所定の間隔に相当し、そして、前記階段状における段部の内周形状の大きさが被測定物SPの外周形状の大きさと略同一または若干大きい円筒形状の部材であっても良いが、本実施形態では、保持片76は、図1および図3に示すように、階段形状の断面(略L字状の断面)を持つ3個の部材(第1ないし第3保持片76−1〜76−3)を備えて構成されている。これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3は、これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3における前記階段状における各段部で形成される内周形状の大きさが被測定物SPの外周形状の大きさと略同一または若干大きくなるように、所定の間隔を空けて、保持体75の前記平面上に配設されている。被測定物SPが例えば半導体ウェハの一般的な形状である円板形状である場合には、これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3は、図2に示すように、これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3における前記階段状における各段部で形成される内周形状の大きさが被測定物SPの外周形状の大きさと略同一または若干大きくなるような円周上であって、周方向に120度の等間隔で、保持体75の前記平面上に配設されている。これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3は、それぞれ、保持体75の前記平面から前記階段状における段部までの高さが前記所定の間隔に相当するように形成されている。例えば、これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3は、それぞれ、前記所定の間隔に相当する厚さを持つ板状片を、その途中位置で約90度に折り曲げて略L字状とすることで形成される。このような構成の保持片76では、図1ないし図3に示すように、これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3における前記階段状における各段部に、被測定物SPが載置されることで、これら第1ないし第3保持片76−1〜76−3は、互いに協働して、被測定物SPの縁部を介して被測定物SPを保持する。   The holding piece 76 is disposed on the plane of the holding body 75, and is to be measured via the edge of the measurement object SP so that a predetermined distance is provided between one surface of the measurement object SP and the plane of the holding body 75. It is a member that holds the measurement object SP. As a result, the other surface (back surface) facing the one surface (front surface) of the object SP to be measured does not come into contact with the holding body 75, and the other surface of the object SP to be measured can be prevented from being soiled. Preferably, the holding piece 76 holds the measurement object SP so that the one surface of the measurement object SP and the flat surface of the holding body 75 are parallel to each other with the predetermined interval. The holding piece 76 has, for example, a stepped cross section (substantially L-shaped cross section), and the height (thickness) from the plane of the holding body 75 to the stepped portion in the stepped shape corresponds to the predetermined interval. In addition, in the present embodiment, the inner peripheral shape of the step portion in the step shape may be a cylindrical member that is substantially the same as or slightly larger than the outer peripheral shape of the object SP. As shown in FIGS. 1 and 3, the piece 76 includes three members (first to third holding pieces 76-1 to 76-3) having a step-like cross section (substantially L-shaped cross section). Configured. These 1st thru | or 3rd holding pieces 76-1 to 76-3 are the magnitude | sizes of the inner peripheral shape formed in each step part in the said step shape in these 1st thru | or 3rd holding pieces 76-1 to 76-3. Are arranged on the plane of the holding body 75 at a predetermined interval so as to be substantially the same as or slightly larger than the size of the outer peripheral shape of the object SP to be measured. When the device under test SP has, for example, a disk shape that is a general shape of a semiconductor wafer, these first to third holding pieces 76-1 to 76-3 are formed as shown in FIG. The size of the inner peripheral shape formed in each step portion in the step shape in the first to third holding pieces 76-1 to 76-3 is substantially the same as or slightly larger than the size of the outer peripheral shape of the object SP to be measured. They are arranged on the plane of the holding body 75 on the circumference at regular intervals of 120 degrees in the circumferential direction. Each of the first to third holding pieces 76-1 to 76-3 is formed such that the height from the plane of the holding body 75 to the stepped portion in the step shape corresponds to the predetermined interval. . For example, each of the first to third holding pieces 76-1 to 76-3 is substantially L-shaped by bending a plate-like piece having a thickness corresponding to the predetermined interval at about 90 degrees in the middle thereof. It is formed by making it into a shape. In the holding piece 76 having such a configuration, as shown in FIG. 1 to FIG. 3, the object SP to be measured is placed on each step portion in the step shape of the first to third holding pieces 76-1 to 76-3. By being placed, these first to third holding pieces 76-1 to 76-3 cooperate with each other to hold the device under test SP via the edge of the device under test SP.

このような構成の第1態様の保持移動部7は、前記測定姿勢において、ステージ71によって、保持体75を横方向の径方向(r方向)に移動でき、ターンテーブル73によって、保持体75を周方向(θ方向)に移動できる。そして、この第1態様の保持移動部7は、上記第2態様の保持移動部7と同様に、例えば、図5に示すように、まず、ステージ71およびターンテーブル73によって保持体75を径方向および周方向で適宜に移動することで、光学測定系1における測定範囲SAの中心位置と被測定物SPの中心位置とを互いに一致させ、表面形状測定装置Mは、保持体75上に保持片76を介して保持された被測定物SPの測定を行う。次に、第3態様の保持移動部7は、測定範囲SAの大きさ等を考慮することで径方向で隙間無く測定できる径方向の所定の位置に、光学測定系1に対して保持体75をステージ71によって移動する。この径方向の所定の位置において、第3態様の保持移動部7は、測定範囲SAの大きさ等を考慮することで周方向で隙間無く測定できる、周方向に並ぶ複数の測定範囲SAそれぞれに対応する複数の表面位置それぞれに位置するように、ターンテーブル73によって保持体75を周方向に移動し、表面形状測定装置Mは、前記複数の表面位置それぞれで、保持体75上に保持片76を介して保持された被測定物SPの測定を行う。そして、このような径方向の移動と周方向の移動および測定とが、被測定物SPの端部まで繰り返される。これによって被測定物SPの表面全体に亘って光学測定系1によって測定データが生成される。   The holding movement unit 7 of the first aspect having such a configuration can move the holding body 75 in the radial direction (r direction) by the stage 71 in the measurement posture, and the holding table 75 can be moved by the turntable 73. It can move in the circumferential direction (θ direction). Then, the holding and moving part 7 of the first aspect is similar to the holding and moving part 7 of the second aspect, for example, as shown in FIG. By appropriately moving in the circumferential direction, the center position of the measurement range SA in the optical measurement system 1 and the center position of the object SP to be measured are made to coincide with each other. Measurement of the object SP to be measured held through 76 is performed. Next, the holding movement unit 7 according to the third aspect holds the holding body 75 with respect to the optical measurement system 1 at a predetermined position in the radial direction that can be measured without gaps in the radial direction by considering the size of the measurement range SA and the like. Is moved by the stage 71. At a predetermined position in the radial direction, the holding movement unit 7 of the third aspect can measure each of the plurality of measurement ranges SA arranged in the circumferential direction that can be measured without gaps in the circumferential direction by taking into consideration the size of the measurement range SA and the like. The holding body 75 is moved in the circumferential direction by the turntable 73 so as to be located at each of a plurality of corresponding surface positions, and the surface shape measuring device M is placed on the holding body 76 on the holding body 75 at each of the plurality of surface positions. The object SP to be measured is measured via the. Then, such radial movement and circumferential movement and measurement are repeated up to the end of the object SP to be measured. As a result, measurement data is generated by the optical measurement system 1 over the entire surface of the object SP.

記憶部3は、制御演算部2に接続され、制御演算部2の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、表面形状測定装置Mの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、被測定物SPにおける互いに異なる複数の表面位置で光学測定系1によって生成された複数の測定データに基づいて、被測定物SPにおける一方表面全体の表面形状を求める形状演算プログラム等の制御処理プログラムが含まれる。前記形状演算プログラムは、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データを用いた位相回復計算によって位相画像を求める位相画像演算プログラムや、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理プログラムや、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理プログラムによる複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理プログラム等を含む。前記フィルタ処理プログラムは、測定範囲SAの端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータを、当該測定データの測定範囲SAに隣接する表面位置の測定範囲SAにおける測定データで補う補完プログラムや、前記補完プログラムによる補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うフィルタプログラムや、前記フィルタプログラムによるフィルタ処理結果から、前記補完プログラムで補われたデータに対応する部分を除去する除去プログラム等を含む。前記各種の所定のデータには、光学測定系1で生成された前記複数の測定データや、求められた被測定物SPの表面形状や、被測定物SPを特定し識別するための識別子(被測定物ID、サンプル名、シリアル番号等)等の各プログラムを実行する上で必要なデータ等が含まれる。記憶部3は、例えば不揮発性の記憶素子であるROM(Read Only Memory)や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等を備える。記憶部3は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御演算部2のワーキングメモリとなるRAM(Random Access Memory)等を含む。   The storage unit 3 is a circuit that is connected to the control calculation unit 2 and stores various predetermined programs and various predetermined data under the control of the control calculation unit 2. Examples of the various predetermined programs include a control program for controlling each part of the surface shape measuring apparatus M according to the function of each part, and the optical measurement system 1 at a plurality of different surface positions in the object SP. A control processing program such as a shape calculation program for obtaining the surface shape of the entire one surface of the DUT SP based on the plurality of generated measurement data is included. The shape calculation program includes a phase image calculation program for obtaining a phase image by phase recovery calculation using the measurement data for each of the plurality of measurement data, and a predetermined value based on the measurement data for each of the plurality of measurement data. A filter processing program for performing a filter process for removing a second period component having a longer period than the first period component so as to extract a first period component of the first period component, and a filter processing program corresponding to the plurality of measurement data A connection processing program for connecting a plurality of filter processing results between adjacent surface positions is included. When the filter processing program performs the filter processing on the measurement data at the end of the measurement range SA, the filter processing program measures the data of the surface position adjacent to the measurement range SA of the measurement data by using data that is insufficient for the filter size of the filter processing. Complementary program supplemented with measurement data in range SA, filter program for performing filter processing on measurement data after supplementation by supplementary program, and data supplemented by supplementary program from filter processing result by filter program The removal program etc. which remove the part to perform are included. The various predetermined data include the plurality of measurement data generated by the optical measurement system 1, the surface shape of the object SP to be measured, and an identifier (object to be identified and identified). Data necessary for executing each program such as measured object ID, sample name, serial number, etc.) are included. The storage unit 3 includes, for example, a ROM (Read Only Memory) that is a nonvolatile storage element, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) that is a rewritable nonvolatile storage element, and the like. The storage unit 3 includes a RAM (Random Access Memory) serving as a working memory of the so-called control calculation unit 2 that stores data generated during the execution of the predetermined program.

制御処理部2は、表面形状測定装置Mの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、被測定物SPの表面形状を求めるものである。制御演算部2には、前記制御処理プログラムを実行することによって、機能的に、制御部21および形状演算部22が構成され、形状演算部22には、位相画像演算部221、フィルタ処理部222および接続処理部223が機能的に構成され、そして、フィルタ処理部222には、補完部2221、フィルタ部2222および除去部2223が機能的に構成される。   The control processing unit 2 controls each part of the surface shape measuring apparatus M according to the function of each part, and obtains the surface shape of the object SP to be measured. By executing the control processing program, the control calculation unit 2 is functionally configured with a control unit 21 and a shape calculation unit 22. The shape calculation unit 22 includes a phase image calculation unit 221 and a filter processing unit 222. The connection processing unit 223 is functionally configured, and the filter processing unit 222 is functionally configured with a complementing unit 2221, a filter unit 2222, and a removal unit 2223.

制御部21は、表面形状測定装置Mの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものである。   The control unit 21 controls each part of the surface shape measuring apparatus M according to the function of each part.

形状演算部22は、被測定物SPにおける互いに異なる複数の表面位置で光学測定系1によって生成された複数の測定データに基づいて、被測定物SPにおける一方表面全体の表面形状を求めるものである。   The shape calculator 22 obtains the surface shape of the entire surface of the object SP based on a plurality of measurement data generated by the optical measurement system 1 at a plurality of surface positions different from each other in the object SP. .

この被測定物SPの表面形状を求める際に、位相画像演算部221は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データを用いた、公知のいわゆる位相回復計算によって位相画像を求めるものである。前記測定データは、好ましくは、干渉縞画像であり、前記位相画像は、被測定物SPの撓み変形や反り等による比較的長周期な形状による成分を含む被測定物SPの表面形状を表す。   When obtaining the surface shape of the object SP to be measured, the phase image calculating unit 221 obtains a phase image for each of the plurality of measurement data by a known so-called phase recovery calculation using the measurement data. The measurement data is preferably an interference fringe image, and the phase image represents a surface shape of the measurement object SP including a component having a relatively long period shape due to bending deformation or warpage of the measurement object SP.

被測定物SPの表面形状を求める際に、フィルタ処理部222は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行うものである。このようなフィルタ処理部222は、好ましくは、所定の遮断周波数以上の周波数帯の成分を透過するように濾波するハイパスフィルタ、または、所定の周波数帯域の成分を透過するように濾波するバンドパスフィルタである。好ましくは、前記第1周期成分は、ナノトポグラフィの周期成分に相当する成分である。   When determining the surface shape of the object SP to be measured, the filter processing unit 222 extracts the first periodic component for each of the plurality of measurement data based on the measurement data. Filter processing for removing the second period component having a longer period than that is performed. Such a filter processing unit 222 is preferably a high-pass filter that filters a component in a frequency band higher than a predetermined cutoff frequency, or a band-pass filter that filters a component in a predetermined frequency band. It is. Preferably, the first periodic component is a component corresponding to a periodic component of nanotopography.

そして、前記フィルタ処理の際に、補完部2221は、測定範囲SAの端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータ(当該測定データに対する不足データ)を、当該測定データの測定範囲SA(当該測定範囲SAa)に隣接する表面位置の測定範囲SA(隣接測定範囲SAb)における測定データ(補完データ)で補うものである。前記フィルタ処理の際に、フィルタ部2222は、補完部2221による補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うものである。前記フィルタ処理の際に、除去部2223は、フィルタ部2222によるフィルタ処理結果から、補完部2221で補われたデータ(前記補完データ)に対応する部分を除去するものである。   When the filtering process is performed on the measurement data at the end of the measurement range SA, the complementing unit 2221 has insufficient data for the filter size of the filtering process (insufficient data for the measurement data). Is supplemented with measurement data (complementary data) in the measurement range SA (adjacent measurement range SAb) of the surface position adjacent to the measurement range SA (measurement range SAa) of the measurement data. During the filtering process, the filter unit 2222 performs the filtering process on the measurement data after complementation by the complementing unit 2221. At the time of the filtering process, the removing unit 2223 removes a part corresponding to the data supplemented by the complementing unit 2221 (the supplementary data) from the filter processing result by the filter unit 2222.

上記被測定物SPの表面形状を求める際に、接続処理部223は、前記複数の測定データに対応するフィルタ処理部222による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続するものである。   When obtaining the surface shape of the object SP to be measured, the connection processing unit 223 connects a plurality of filter processing results by the filter processing unit 222 corresponding to the plurality of measurement data between adjacent surface positions. is there.

このような制御演算部2、記憶部3、入力部4、出力部5およびIF部6は、例えば、デスクトップ型コンピュータや、ノート型コンピュータ等のコンピュータによって構成できる。   Such a control calculation part 2, the memory | storage part 3, the input part 4, the output part 5, and the IF part 6 can be comprised by computers, such as a desktop computer and a notebook computer, for example.

次に、本実施形態の動作について説明する。図8は、前記表面形状測定装置の動作を示すフローチャートである。図9は、前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部におけるフィルタ処理を説明するための図である。図10は、前記表面形状測定装置において、測定範囲の端部とフィルタ処理のフィルタサイズとの関係を説明するための図である。図11は、前記表面形状測定装置におけるフィルタ処理を説明するための図である。図11Aは、フィルタ処理前を示し、図11Bは、フィルタ処理後を示す。図11Aおよび図11Bにおいて、横軸は、被測定物SPにおける或る径方向に沿った表面位置を示し、その縦軸は、データ値を示す。図12は、前記表面形状測定装置における小型化を説明するための図である。図12Aは、本実施形態の場合を示し、図12Bは、比較例の場合を示す。図13は、前記表面形状測定装置における高精度化を説明するための図である。   Next, the operation of this embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the surface shape measuring apparatus. FIG. 9 is a diagram for explaining the filtering process at the end of the measurement range in the surface shape measuring apparatus. FIG. 10 is a diagram for explaining the relationship between the end of the measurement range and the filter size of the filter process in the surface shape measuring apparatus. FIG. 11 is a diagram for explaining filter processing in the surface shape measuring apparatus. FIG. 11A shows before filter processing, and FIG. 11B shows after filter processing. 11A and 11B, the horizontal axis indicates the surface position along a certain radial direction in the object SP to be measured, and the vertical axis indicates the data value. FIG. 12 is a diagram for explaining downsizing in the surface shape measuring apparatus. FIG. 12A shows the case of this embodiment, and FIG. 12B shows the case of a comparative example. FIG. 13 is a diagram for explaining high accuracy in the surface shape measuring apparatus.

このような構成の表面形状測定装置Mにおいて、まず、図略の電源スイッチがオンされると、表面形状測定装置Mが起動され、制御演算部2によって必要な各部の初期化が行われ、制御演算部2には、制御処理プログラムが実行されることによって、機能的に、制御部21および形状演算部22が構成される。そして、形状演算部22には、機能的に、位相画像演算部221、フィルタ処理部222および接続処理部223が構成され、フィルタ処理部222には、機能的に、補完部2221、フィルタ部2222および除去部2223が構成される。   In the surface shape measuring apparatus M having such a configuration, first, when a power switch (not shown) is turned on, the surface shape measuring apparatus M is activated, and necessary parts are initialized by the control calculation unit 2 and controlled. The calculation unit 2 is functionally configured with a control unit 21 and a shape calculation unit 22 by executing a control processing program. The shape computing unit 22 is functionally configured with a phase image computing unit 221, a filter processing unit 222, and a connection processing unit 223, and the filter processing unit 222 functionally includes a complementing unit 2221 and a filter unit 2222. And the removal part 2223 is comprised.

被測定物SPの測定を始める際には、表面形状測定装置Mは、待機姿勢であり、オペレータ等のユーザは、待機姿勢の保持移動部7に被測定物SPを載置する。そして、測定開始が指示されると、表面形状測定装置Mは、制御演算部2の制御部21によって、保持移動部7を待機姿勢から測定姿勢へ移動し、被測定物SPを光学測定系1に正対させ、調節機構74によって、被測定物SPが光学測定系1の測定面と略平行となるように、調節する。被測定物SPが光学測定系1の測定面と略平行であるか否かの判定は、第1ないし第3調節機構74−1〜74−3それぞれの近傍に第1ないし第3距離センサをさらに設け、前記第1ないし第3距離センサによって検出された被測定物SPまでの各距離によって実施されても良いが、本実施形態では、光学測定系1によって生成された測定データを用いて実施される。より詳しくは、測定データの干渉縞が最も疎な状態(干渉の少ない状態、干渉縞の個数が最も少ない状態)となるように、調節機構74が駆動され、測定データの干渉縞が最も疎な状態が、被測定物SPが光学測定系1の測定面と略平行である状態と判定される。   When the measurement of the measurement object SP is started, the surface shape measuring apparatus M is in a standby posture, and a user such as an operator places the measurement object SP on the holding movement unit 7 in the standby posture. When the measurement start is instructed, the surface shape measuring apparatus M moves the holding and moving unit 7 from the standby posture to the measuring posture by the control unit 21 of the control calculation unit 2, and moves the object SP to be measured to the optical measuring system 1. The object SP is adjusted by the adjustment mechanism 74 so as to be substantially parallel to the measurement surface of the optical measurement system 1. Whether or not the measurement object SP is substantially parallel to the measurement surface of the optical measurement system 1 is determined by placing the first to third distance sensors in the vicinity of the first to third adjustment mechanisms 74-1 to 74-3. Further, it may be implemented by each distance to the object SP to be measured detected by the first to third distance sensors, but in the present embodiment, the measurement data generated by the optical measurement system 1 is used. Is done. More specifically, the adjustment mechanism 74 is driven so that the interference fringes of the measurement data are the sparsest state (the state where there is little interference and the number of the interference fringes is the smallest), and the interference fringes of the measurement data are the sparsest. The state is determined to be a state in which the object to be measured SP is substantially parallel to the measurement surface of the optical measurement system 1.

このような測定の準備が終了すると、図8において、まず、表面形状測定装置Mは、制御演算部2の制御部21によって、図5を用いて上述したように、ステージ71およびターンテーブル73によって保持体75を径方向および周方向で移動することで、光学測定系1における測定範囲SAの中心位置と被測定物SPの中心位置とを互いに一致させて測定し、さらに、径方向の移動と周方向の移動および測定とを繰り返し実行し、これによって被測定物SPの表面全体に亘って各表面位置での複数の測定データを光学測定系1によって生成し、各測定データを記憶部3に記憶する(S1)。光干渉計を用いた光学測定系1によって生成される前記測定データは、例えば、干渉縞の画像のデータである。   When such preparation for measurement is completed, in FIG. 8, first, the surface shape measuring device M is controlled by the control unit 21 of the control calculation unit 2 by the stage 71 and the turntable 73 as described above with reference to FIG. 5. By moving the holding body 75 in the radial direction and the circumferential direction, the center position of the measurement range SA in the optical measurement system 1 and the center position of the object SP are measured to coincide with each other. The circumferential movement and measurement are repeatedly executed, whereby a plurality of measurement data at each surface position is generated by the optical measurement system 1 over the entire surface of the object SP to be measured, and each measurement data is stored in the storage unit 3. Store (S1). The measurement data generated by the optical measurement system 1 using an optical interferometer is, for example, interference fringe image data.

次に、表面形状測定装置Mは、制御演算部2の形状演算部22によって、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行い、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する。   Next, the surface shape measurement apparatus M uses the shape calculation unit 22 of the control calculation unit 2 to extract a predetermined first periodic component for each of the plurality of measurement data based on the measurement data. A filtering process is performed to remove a second period component having a period longer than one period component, and a plurality of filter processing results by the filtering process corresponding to the plurality of measurement data are connected between adjacent surface positions.

より具体的には、表面形状測定装置Mは、制御演算部2の形状演算部22によって、前記複数の測定データのうちから1個の測定データを選択し、形状演算部22の位相画像演算部221によって、この選択した測定データ(干渉縞画像FP)を用いて、公知のいわゆる位相回復計算によって位相画像HPを求める(S2)。   More specifically, in the surface shape measuring apparatus M, the shape calculating unit 22 of the control calculating unit 2 selects one measurement data from the plurality of measurement data, and the phase image calculating unit of the shape calculating unit 22 is selected. By using the selected measurement data (interference fringe image FP) 221, a phase image HP is obtained by a known so-called phase recovery calculation (S 2).

次に、表面形状測定装置Mは、形状演算部22におけるフィルタ処理部222の補完部2221によって、この選択した測定データから求められた位相画像HPに対し、次処理S4のフィルタ処理におけるフィルタサイズに足りないデータ(当該測定データに対する不足データ(本実施形態では位相画像での不足データ))を、当該位相画像HPに対応する測定データの測定範囲SA(当該測定範囲SAa)に隣接する表面位置の測定範囲SA(隣接測定範囲SAb)における測定データ(補完データ(本実施形態では位相画像での不足データ))で補う(S3)。   Next, the surface shape measuring apparatus M uses the interpolation unit 2221 of the filter processing unit 222 in the shape calculation unit 22 to set the filter size in the filter processing of the next processing S4 to the phase image HP obtained from the selected measurement data. Insufficient data (insufficient data with respect to the measurement data (deficient data in the phase image in the present embodiment)) of the surface position adjacent to the measurement range SA (measurement range SAa) of the measurement data corresponding to the phase image HP. The measurement data (complementary data (in this embodiment, insufficient data in the phase image)) in the measurement range SA (adjacent measurement range SAb) is supplemented (S3).

次処理S4のフィルタ処理は、例えば図10に示すように、位相画像HPに対し、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタを行う画像フィルタFSを作用させることで、実施される。このフィルタ処理を行う場合に、端部で位相画像HP(言い換えれば、位相画像HPを求める際に用いられた測定データ)の不足が生じ、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差が生じてしまう。このため、位相画像HP全体からフィルタ処理後の有効なデータを生成することができず、位相画像HP全体から求められたフィルタ処理後のデータは、フィルタ処理の対象のデータが不足せずに、前記データ不足による前記誤差を含まないフィルタ処理後のデータから成る有効領域FDeと、この有効領域FDeの周囲に、フィルタ処理の対象のデータが不足し、前記データ不足による前記誤差を含むフィルタ処理後のデータから成る非有効領域FDiとから成る。すなわち、有効領域FDeは、位相画像HP全体に較べて、画像フィルタのフィルタサイズに応じた、フィルタ処理の対象の不足データ分だけ小さな領域になる。このため、本実施形態では、次処理S4のフィルタ処理が実施される前に、本処理S3の補完処理が実施される。   For example, as shown in FIG. 10, the filter process of the next process S4 is performed by applying an image filter FS that performs a high-pass filter or a band-pass filter to the phase image HP. When this filtering process is performed, a shortage of the phase image HP (in other words, measurement data used when obtaining the phase image HP) occurs at the end, and an error due to a lack of data to be filtered occurs. For this reason, effective data after filtering cannot be generated from the entire phase image HP, and the data after filtering obtained from the entire phase image HP does not have insufficient data to be filtered. An effective area FDe composed of data after filtering that does not include the error due to the data shortage, and after filtering that includes the error due to the data shortage, the data to be filtered is insufficient around the effective area FDe And an ineffective area FDi consisting of the following data. That is, the effective area FDe is an area that is smaller than the entire phase image HP by the amount of insufficient data to be filtered according to the filter size of the image filter. For this reason, in this embodiment, before the filter process of next process S4 is implemented, the complement process of this process S3 is implemented.

より詳しくは、本実施形態では、例えば、図9に示すように、測定範囲SAは、正六角形の形状であり、前記処理S1における各表面位置での測定では、互いに隣接する表面位置は、その測定範囲SAの一部が互いに重なって重なり領域SAsが生じるように設定される。前記処理S2における位相画像HPの演算では、このような正六角形の測定範囲SAの測定データ(正六角形の干渉縞画像)から、周囲に(各辺で)重なり領域HPsを持つ正六角形の位相画像HPが生成される。そして、前記処理S3における補完処理では、このような正六角形の位相画像HPに対し、次処理S4のフィルタ処理における画像フィルタFSのフィルタサイズに足りないデータが、当該位相画像HPに対応する測定データの測定範囲SA(当該測定範囲SAa)に隣接する表面位置の測定範囲SA(隣接測定範囲SAb)における測定データ(補完データ(本実施形態では位相画像での不足データ))で補われ、この補われた測定データから求められた位相画像HPcが、当該位相画像HPに接続されて付加される。例えば図10に示す例では、図10の中央に位置する正六角形の第0測定範囲SA−0には、各辺に隣接して、その一部同士が重なって重なり領域SAsを形成するように、第1ないし第6測定範囲SA−1〜SA−6が設けられている。一例では、第0測定範囲SA−0と、この第0測定範囲SA−0に紙面右辺に隣接する第1測定範囲SA−1とでは、所定の長さで重なる重なり領域SAs−01が形成されている。そして、この第0測定範囲で測定されて生成された測定データ(干渉縞画像)から求められた第0位相画像HP−0には、次処理S4のフィルタ処理のために、各辺それぞれに隣接する第1ないし第6測定範囲SA−1〜SA−6それぞれで測定されて生成された各測定データそれぞれから、画像フィルタFSのフィルタサイズに足りないデータ分だけ抽出されて各位相画像HPcが求められ、各辺それぞれに接続されて付加される。一例では、第0測定範囲SA−0における紙面右辺に重なり領域SAs−01で重なって隣接する第1測定範囲SA−1から、画像フィルタFSのフィルタサイズに足りないデータ分(不足分)だけ抽出されて位相画像HPc−01が求められ、第0位相画像HP−0における紙面右辺に位相画像HPc−01が接続されて付加される。この接続では、公知の常套手法によって、その接続境界部分で互いに隣接するデータ間における高さ方向の調整(オフセット調整)や面傾きの調整が実施される。この接続境界部分の長さは、たかだか画像フィルタFSのフィルタサイズに相当する長さであるので、測定範囲SA全体の測定データ同士を接続する場合における接続境界部分の長さより短い。そして、測定範囲SA全体の測定データ同士の接続では、長い境界部分と2つの調整とにより、接続開始点から距離が離れるほど調整不足に起因する誤差が大きくなるが、この処理S3の補間処理での接続では、1回の接続だけであるので、前記誤差が大きくなることもない。そして、前記重なり領域SAs(HPs)は、この接続の際の、いわゆる糊代として用いられる。前記重なり領域SAs(HPs)では、接続されるデータは、辺に向かって重み付けが小さくなるように重み付けされ、一方、接続するデータは、前記辺に向かって重み付けが大きくなるように重み付けされ、これら重み付けされた各データが重み付け加算され、重なり領域SAs(HPs)のデータとされる。一例では、重なり領域SAs−01(HPs−01)では、接続される第0測定範囲SA−0のデータは、辺に向かって重み付けが小さくなるように重み付けされ、一方、接続する第1測定範囲SA−1のデータは、前記辺に向かって重み付けが大きくなるように重み付けされ、これら重み付けされた各データが重み付け加算され、重なり領域SAs−01(HPs−01)のデータとされる。   More specifically, in this embodiment, for example, as shown in FIG. 9, the measurement range SA is a regular hexagonal shape, and in the measurement at each surface position in the processing S <b> 1, the surface positions adjacent to each other are The measurement range SA is set so that part of the measurement range SA overlaps with each other to form an overlapping area SAs. In the calculation of the phase image HP in the process S2, a regular hexagonal phase image having overlapping regions HPs around (at each side) from the measurement data (regular hexagonal interference fringe image) of the regular hexagonal measurement range SA. HP is generated. In the complementing process in the process S3, for such a regular hexagonal phase image HP, data that is insufficient for the filter size of the image filter FS in the filter process in the next process S4 is measured data corresponding to the phase image HP. Is supplemented with measurement data (complementary data (in this embodiment, deficient data in the phase image)) in the measurement range SA (adjacent measurement range SAb) of the surface position adjacent to the measurement range SA (the measurement range SAa). The phase image HPc obtained from the measured data is connected to the phase image HP and added. For example, in the example shown in FIG. 10, the regular hexagonal 0th measurement range SA-0 located in the center of FIG. 10 is adjacent to each side and a part thereof overlaps to form an overlapping region SAs. First to sixth measurement ranges SA-1 to SA-6 are provided. In one example, the 0th measurement range SA-0 and the 0th measurement range SA-0 and the first measurement range SA-1 adjacent to the right side of the paper surface form an overlapping region SAs-01 that overlaps with a predetermined length. ing. Then, the 0th phase image HP-0 obtained from the measurement data (interference fringe image) measured and generated in the 0th measurement range is adjacent to each side for the filtering process of the next process S4. Each phase image HPc is obtained by extracting from the respective measurement data measured and generated in each of the first to sixth measurement ranges SA-1 to SA-6 corresponding to the data that is insufficient for the filter size of the image filter FS. Connected to each side and added. In one example, data that is insufficient for the filter size of the image filter FS (insufficient) is extracted from the adjacent first measurement range SA-1 that overlaps with the overlapping area SAs-01 on the right side of the paper in the zeroth measurement range SA-0. Thus, the phase image HPc-01 is obtained, and the phase image HPc-01 is connected and added to the right side of the page of the 0th phase image HP-0. In this connection, adjustment in the height direction (offset adjustment) and adjustment of surface inclination between data adjacent to each other at the connection boundary portion are performed by a known conventional method. Since the length of the connection boundary portion is at most the length corresponding to the filter size of the image filter FS, it is shorter than the length of the connection boundary portion when the measurement data of the entire measurement range SA is connected. In the connection of the measurement data in the entire measurement range SA, the error due to the insufficient adjustment increases as the distance from the connection start point increases due to the long boundary portion and the two adjustments. In this connection, since there is only one connection, the error does not increase. The overlapping area SAs (HPs) is used as a so-called glue margin at the time of this connection. In the overlapping area SAs (HPs), the data to be connected is weighted so that the weight is reduced toward the side, while the data to be connected is weighted so that the weight is increased toward the side. Each weighted data is weighted and added to obtain data of the overlapping area SAs (HPs). In one example, in the overlapping area SAs-01 (HPs-01), the data of the 0th measurement range SA-0 to be connected is weighted so that the weight is reduced toward the side, while the first measurement range to be connected is connected. The SA-1 data is weighted so as to increase in weight toward the side, and each of the weighted data is weighted and added to form data of the overlapping area SAs-01 (HPs-01).

なお、上述では、測定範囲は、正六角形であったが、これに限定されるものではなく、重なり領域SAsを設けない場合に隙間無く敷き詰めてタイリング可能な、例えば正三角形や正方形等の正多角形であって良い。   In the above description, the measurement range is a regular hexagon. However, the measurement range is not limited to this. For example, a regular triangle such as a regular triangle or a square can be tiled without gaps when the overlapping area SAs is not provided. It may be a polygon.

このような補間処理の次に、表面形状測定装置Mは、フィルタ処理部222のフィルタ部2222によって、この補完部2221による補完後の位相画像HPに対し、画像フィルタFSを作用させ、フィルタ処理を実行する(S4)。これによって、例えば、図11Aに示すように、被測定物SPの撓み変形や反り等による比較的長周期な形状による成分のデータに、いわゆるナノトポグラフィのように比較的短周期な形状による成分のデータが重畳したデータから、図11Bに示すように、前記比較的短周期な形状による成分のデータが抽出される。なお、この処理S4のフィルタ処理において、測定範囲SAの端部ではなく、被測定物SP自体の端部(被測定物SPの外縁周辺部分)では、補完に用いるデータ自体が無いので、被測定物SPのエッジに向けて画像フィルタFSのフィルタサイズを徐々に縮小する、いわゆるシュリンク処理や、被測定物SPのエッジを対称軸としてその内側のデータを外側に折り返して擬似的にデータを生成する、いわゆる折り返し補間処理等の、公知の常套手法が用いられる。   After such interpolation processing, the surface shape measuring apparatus M causes the filter unit 2222 of the filter processing unit 222 to apply the image filter FS to the phase image HP after complementing by the complementing unit 2221 to perform filtering processing. Execute (S4). Thus, for example, as shown in FIG. 11A, the component data having a relatively long period shape such as so-called nanotopography is added to the data of the component having a relatively long period shape due to bending deformation or warpage of the object SP. As shown in FIG. 11B, component data having the relatively short cycle shape is extracted from the data on which the data is superimposed. In the filtering process of the process S4, there is no data itself used for complementation at the end of the object SP to be measured (the peripheral part around the outer edge of the object SP), not at the end of the measurement range SA. The filter size of the image filter FS is gradually reduced toward the edge of the object SP, so-called shrink processing, or the data inside the object SP is folded outwards with the edge of the object SP as the axis of symmetry to generate pseudo data. A known conventional method such as a so-called loop interpolation process is used.

次に、表面形状測定装置Mは、フィルタ処理部222の除去部2223によって、フィルタ部2222によるフィルタ処理結果から、補完部2221で補われたデータに対応する部分を除去する(S5)。図9に示す例では、一例では、フィルタ処理結果から、補完部2221で補われた位相画像HPc−01に対応する部分が除去される。   Next, the surface shape measuring apparatus M removes the portion corresponding to the data supplemented by the complementing unit 2221 from the filtering processing result by the filtering unit 2222 by the removing unit 2223 of the filtering unit 222 (S5). In the example illustrated in FIG. 9, in one example, a part corresponding to the phase image HPc-01 supplemented by the complementing unit 2221 is removed from the filter processing result.

次に、表面形状測定装置Mは、フィルタ処理部222によって、全ての測定データについて、処理S2ないし処理S5の各処理を実行したか否かを判定する(S6)。この判定の結果、全ての測定データについて各処理を実行していない場合(No)には、フィルタ処理部222は、処理を処理S2に戻し、一方、前記判定の結果、全ての測定データについて各処理を実行している場合(Yes)には、フィルタ処理部222は、次の処理S7を実行する。   Next, the surface shape measuring apparatus M determines whether or not each of the processes S2 to S5 has been executed for all measurement data by the filter processing unit 222 (S6). As a result of this determination, when each process is not executed for all measurement data (No), the filter processing unit 222 returns the process to the process S2, while on the other hand, for each measurement data, When the process is being executed (Yes), the filter processing unit 222 executes the next process S7.

この処理S7では、表面形状測定装置Mは、形状演算部22の接続処理部223によって、前記複数の測定データに対応する複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続し、被測定物SPの表面形状を求める。この接続では、前記誤差の主因である前記比較的長周期な形状による成分のデータが除去されているので、前記2つの調整を行わずに単に接続すればよく、接続の情報処理が簡素化される。   In this process S7, the surface shape measuring apparatus M connects the plurality of filter processing results corresponding to the plurality of measurement data between the adjacent surface positions by the connection processing unit 223 of the shape calculating unit 22, and measures the measurement target. The surface shape of the object SP is obtained. In this connection, since the data of the component having the relatively long period shape that is the main cause of the error is removed, it is only necessary to connect without performing the two adjustments, and the information processing of the connection is simplified. The

そして、表面形状測定装置Mは、制御演算部2の制御部21によって、このように求めた被測定物SPの表面形状を出力部5から出力し(S8)、処理を終了する。なお、必要に応じて、表面形状測定装置Mは、IF部6から、被測定物SPの表面形状を出力しても良い。   And the surface shape measuring apparatus M outputs the surface shape of the to-be-measured object SP calculated | required in this way from the output part 5 by the control part 21 of the control calculating part 2 (S8), and complete | finishes a process. Note that the surface shape measuring apparatus M may output the surface shape of the measurement object SP from the IF unit 6 as necessary.

なお、上述では、1つの測定データが選択され、この選択された1つの測定データに対し、位相画像HPが求められ、補完処理では、補完の測定データを抽出して補完の位相画像HPcが求められたが、複数の測定データそれぞれに対応する複数の位相画像HPが求められ、補間処理では、補完の測定データに対応する補完の位相画像HPcが抽出されて補完されても良い。あるいは、1つの測定データが選択され、この選択された1つの測定データに対し、補完の測定データが抽出されて補完され、この補完後の測定データから位相画像HPが求められても良い。あるいは、1つの測定データが選択され、この選択された1つの測定データ、および、この1つの測定データにその測定範囲SA(表面位置)で隣接する各測定データそれぞれに対し、位相画像HPが求められ、補間処理では、補完の測定データに対応する補完の位相画像HPcが抽出されて補完されても良い。   In the above description, one measurement data is selected, and a phase image HP is obtained for the selected one measurement data. In the complementing process, the complementary measurement data is extracted to obtain a complementary phase image HPc. However, a plurality of phase images HP corresponding to each of the plurality of measurement data may be obtained, and in the interpolation process, a complementary phase image HPc corresponding to the complementary measurement data may be extracted and supplemented. Alternatively, one measurement data may be selected, supplemented measurement data may be extracted and supplemented for the selected one measurement data, and the phase image HP may be obtained from the complemented measurement data. Alternatively, one measurement data is selected, and a phase image HP is obtained for each selected measurement data and each measurement data adjacent to the one measurement data in the measurement range SA (surface position). In the interpolation process, a complementary phase image HPc corresponding to the complementary measurement data may be extracted and supplemented.

以上説明したように、本実施形態における表面形状測定装置Mおよびこれに実装された表面形状測定方法は、例えば図5や図12Aに示すように、保持移動部7によって被測定物SPと光学測定系1とを相対的に移動することによって、被測定物SPの一方表面を、被測定物SPにおける互いに異なる複数の表面位置で光学測定系1によって測定するので、図12Bに示すように比較的大きな被測定物SPを1回で測定するために光学測定系1Aを大型化せずに、その1回の測定範囲SA(例えば直径100mmや直径150mm等)よりも大きな被測定物SP(例えば直径300mmや直径450mm等)の表面形状を測定でき、当該表面形状測定装置Mをより小型化できる。そして、図13に破線で示すフローのように、仮に、前記複数の測定データを、互いに隣接する表面位置間で接続した後に、前記フィルタ処理を行う場合では、前記接続の際に、その接続境界部分で互いに隣接する測定データ間における高さ方向の調整(オフセット調整)や面傾きの調整を行う必要がある。特に、例えば反り、厚さ分布、ロールオフ等の形状に関する複数の測定項目を測定できる測定装置では、このようなフローで処理することが多い。このため、比較的大きな被測定物SPでは、長い境界部分(例えば大型半導体ウェハでは300mm以上)と2つの調整とにより、接続開始点から距離が離れるほど調整不足に起因する誤差が大きくなってしまう。これは、自重撓み、被測定物SPの移動、大気圧差、振動等による、測定回ごとの被測定物SPの変形に起因し、数〜数十ミクロンメートルオーダーとなり、求めたい形状、特にナノトポグラフィの形状に較べて桁違いに大きい。しかしながら、上記表面形状測定装置Mおよび表面形状測定方法は、図13に一点鎖線で示すフローのように、前記複数の測定データを接続する前に、フィルタ処理を行うことで、前記誤差の主因である第2周期成分を除去するので、前記複数の測定データに対応するフィルタ処理部222による複数のフィルタ処理結果を、より高精度で接続できる。したがって、上記表面形状測定装置および表面形状測定方法は、1回の測定範囲SAよりも大きな被測定物SPの表面形状を測定でき、より小型化しつつより高精度(例えばナノメートルオーダー等)で測定できる。特に、上記表面形状測定装置および表面形状測定方法は、前記第1周期成分を、ナノトポグラフィの周期成分に相当する成分に設定することにより、ナノポトグラフィを好適に測定できる。   As described above, the surface shape measuring device M and the surface shape measuring method mounted on the surface shape measuring device M according to the present embodiment are measured by the holding and moving unit 7 and the optical measurement as shown in FIGS. 5 and 12A, for example. Since one surface of the object SP is measured by the optical measuring system 1 at a plurality of different surface positions in the object SP by moving relative to the system 1, as shown in FIG. In order to measure a large object SP at a time, the optical measuring system 1A is not enlarged, and the object SP (for example, a diameter, for example, having a diameter of 100 mm or a diameter of 150 mm) larger than the single measurement range SA is measured. 300 mm, diameter 450 mm, etc.) can be measured, and the surface shape measuring apparatus M can be further downsized. Then, as in the flow shown by the broken lines in FIG. 13, if the filtering process is performed after the plurality of measurement data are connected between the adjacent surface positions, the connection boundary is determined at the time of the connection. It is necessary to adjust the height direction (offset adjustment) and the surface inclination between the measurement data adjacent to each other in the part. In particular, a measurement apparatus that can measure a plurality of measurement items related to shapes such as warpage, thickness distribution, roll-off, and the like is often processed in such a flow. For this reason, in a relatively large object SP to be measured, an error due to insufficient adjustment increases as the distance from the connection start point increases due to a long boundary portion (for example, 300 mm or more for a large semiconductor wafer) and two adjustments. . This is due to deformation of the measured object SP at each measurement time due to its own weight deflection, movement of the measured object SP, atmospheric pressure difference, vibration, etc., which is on the order of several to several tens of micrometers, and the desired shape, particularly nano It is an order of magnitude larger than the topography shape. However, the surface shape measuring apparatus M and the surface shape measuring method are mainly responsible for the error by performing a filtering process before connecting the plurality of measurement data, as in the flow indicated by a one-dot chain line in FIG. Since a certain second period component is removed, a plurality of filter processing results by the filter processing unit 222 corresponding to the plurality of measurement data can be connected with higher accuracy. Therefore, the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method can measure the surface shape of the object SP to be measured which is larger than one measurement range SA, and can be measured with higher accuracy (for example, on the order of nanometers) while further downsizing. it can. In particular, the surface shape measuring apparatus and the surface shape measuring method can suitably measure nanotopography by setting the first periodic component to a component corresponding to the periodic component of nanotopography.

上記表面形状測定装置Mおよび表面形状測定方法は、フィルタ処理の際における測定データの不足分を、測定範囲SAで隣接する測定データで補うので、フィルタ処理の対象のデータ不足による誤差を低減できる。   In the surface shape measuring apparatus M and the surface shape measuring method, the shortage of the measurement data in the filtering process is compensated by the measurement data adjacent in the measurement range SA, so that the error due to the lack of data to be filtered can be reduced.

上記表面形状測定装置Mおよび表面形状測定方法は、補完部2221で補われたデータに対応する部分を除去するので、前記補うことによって生じる前記接続(前記調整)に伴う誤差を低減できる。   Since the surface shape measuring apparatus M and the surface shape measuring method remove the portion corresponding to the data supplemented by the complementing unit 2221, it is possible to reduce an error associated with the connection (the adjustment) caused by the compensation.

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

M 表面形状測定装置
1 光学測定系
2 制御演算部
7 保持移動部
22 形状演算部
221 位相画像演算部
222 フィルタ処理部
223 接続処理部
2221 補完部
2222 フィルタ部
2223 除去部
M surface shape measuring apparatus 1 optical measurement system 2 control calculation unit 7 holding movement unit 22 shape calculation unit 221 phase image calculation unit 222 filter processing unit 223 connection processing unit 2221 complementing unit 2222 filter unit 2223 removal unit

Claims (7)

光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、
前記被測定物を保持し、前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動する保持移動部と、
前記保持移動部によって前記被測定物と前記光学測定系とを相対的に移動することによって、前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定系によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算部とを備え、
前記形状演算部は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理部と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理部による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理部とを備えること
を特徴とする表面形状測定装置。
An optical measurement system that generates measurement data relating to the shape of the object to be measured using an optical interferometer;
A holding and moving unit for holding the object to be measured and relatively moving the object to be measured and the optical measurement system;
Based on a plurality of measurement data generated by the optical measurement system at a plurality of different surface positions in the measurement object by relatively moving the measurement object and the optical measurement system by the holding and moving unit. And a shape calculating unit for obtaining the surface shape of the entire surface of the one to be measured,
The shape calculating unit removes a second cycle component having a longer period than the first cycle component so as to extract a predetermined first cycle component based on the measurement data for each of the plurality of measurement data. A surface comprising: a filter processing unit that performs filter processing; and a connection processing unit that connects a plurality of filter processing results by the filter processing unit corresponding to the plurality of measurement data between adjacent surface positions. Shape measuring device.
前記フィルタ処理部は、定範囲の端部における当該測定データに対しフィルタ処理を行う場合に、フィルタ処理のフィルタサイズに足りないデータを、当該測定データの測定範囲に隣接する表面位置の測定範囲における測定データで補う補完部と、前記補完部による補完後の測定データに対し前記フィルタ処理を行うフィルタ部とを備えること
を特徴とする請求項1に記載の表面形状測定装置。
The filtering process unit, if the relative the measurement data at the end of the measurement range to filter the data missing in the filter size of the filter, the measuring range of the surface position adjacent to the measurement range of the measurement data The surface shape measuring device according to claim 1, further comprising: a complementing unit that supplements with the measurement data in the step; and a filter unit that performs the filtering process on the measurement data after complementing by the complementing unit.
前記フィルタ処理部は、前記フィルタ部によるフィルタ処理結果から、前記補完部で補われたデータに対応する部分を除去する除去部をさらに備えること
を特徴とする請求項2に記載の表面形状測定装置。
The surface shape measuring device according to claim 2, wherein the filter processing unit further includes a removing unit that removes a part corresponding to the data supplemented by the complementing unit from the filtering result of the filtering unit. .
前記保持移動部は、前記被測定物を縦置きで保持する保持部と、前記保持部を、横方向の径方向および周方向の2軸で移動する移動部とを備えること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。
The holding movement unit includes a holding unit that holds the object to be measured in a vertical position, and a moving unit that moves the holding unit along two axes in a radial direction and a circumferential direction. The surface shape measuring apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第2保持部と、前記第2保持部を、径方向および周方向の2軸で移動する移動部とを備えること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。
The holding and moving unit includes a second holding unit that holds the object to be measured horizontally, and a moving unit that moves the second holding unit in two radial and circumferential axes. The surface shape measuring apparatus of any one of Claim 1 thru | or 3.
前記保持移動部は、前記被測定物を横置きで保持する第2保持部と、前記第2保持部を、線形独立な2方向の2軸で移動する第2移動部とを備えること
を特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の表面形状測定装置。
The holding and moving unit includes a second holding unit that holds the object to be measured horizontally, and a second moving unit that moves the second holding unit along two axes in two linearly independent directions. The surface shape measuring device according to any one of claims 1 to 3.
光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定工程と、
前記被測定物における互いに異なる複数の表面位置で前記光学測定工程によって生成された複数の測定データに基づいて、前記被測定物における一方表面全体の表面形状を求める形状演算工程とを備え、
前記形状演算工程は、前記複数の測定データそれぞれについて、当該測定データに基づいて、所定の第1周期成分を抽出するように、前記第1周期成分よりも長周期な第2周期成分を除去するフィルタ処理を行うフィルタ処理工程と、前記複数の測定データに対応する前記フィルタ処理工程による複数のフィルタ処理結果を、互いに隣接する表面位置間で接続する接続処理工程とを備えること
を特徴とする表面形状測定方法。
An optical measurement process for generating measurement data relating to the shape of the object to be measured using an optical interferometer;
Based on a plurality of measurement data generated by the optical measurement step at a plurality of different surface positions in the object to be measured, and a shape calculation step for obtaining a surface shape of one entire surface of the object to be measured,
The shape calculation step removes a second period component having a longer period than the first period component so as to extract a predetermined first period component based on the measurement data for each of the plurality of measurement data. A surface processing method comprising: a filter processing step for performing filter processing; and a connection processing step for connecting a plurality of filter processing results obtained by the filter processing step corresponding to the plurality of measurement data between adjacent surface positions. Shape measurement method.
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