TW201305533A - ３次元測定方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種以高精度測定被測定物之形狀之3次元測定方法。配合晶圓上之定位標記29之高度，利用Z2軸平台9調整照相機8之焦點高度。配合該焦點高度並利用Z3軸平台11調整校正用定位標記10之高度。在該狀態下，用照相機8與探針1測定校正用定位標記10之中心位置，高精度地求取該2個照相機8與探針1之距離偏移(Xo，Yo)。使用該偏移，將以照相機8測定之晶圓上之定位標記29之座標，高精度地轉換為探針1之座標系統。若以探針1測定晶圓上之透鏡，則可以晶圓上之定位標記29位置為基準而高精度地求取透鏡中心。

Description

3次元測定方法
本發明係關於一種使用探針等測定形狀之3次元測定方法。尤其，本發明係關於在透過光之晶圓之上下表面上形成有複數個透鏡之晶圓透鏡等之測定中，使用設置於3次元測定機之照相機測定晶圓上之定位用之定位標記，而對於利用該照相機測定之定位標記，高精度地求取以測桿等測定之透鏡中心位置之3次元測定方法者。
行動電話、PDA等之行動機器中附加有照相機功能，且對小型、廉價之照相機之需求飛躍高漲。又使用於該等之照相機之性能對於高像素化之要求亦提高。先前，使用於該等移動機器之透鏡，係在成型機中安裝10~15個左右之透鏡模具，成型之每1射出生產10~15個透鏡，該工法不容易應付生產數量之增加及低成本化。因此，在要求低成本化，且生產數量急劇增加之該等領域中，追求在1片晶圓上成型數百~數千個透鏡，且積層複數片該成型之晶圓，於積層後切割、製造之晶圓透鏡製造之技術。
在圖13中顯示晶圓透鏡之構成。其在晶圓101之上下表面上成型透鏡102，且在上表面之周邊形成複數個定位用之定位標記103。成為以使該定位標記103重疊之方式積層晶圓101而完成透鏡單元之構成。
利用積層構成透鏡單元之1片之晶圓101之正反面上若透鏡102之中心位置偏離之情形、或積層複數片晶圓101之透 鏡單元中以各個晶圓101上之定位標記為基準之中心位置偏離之情形，會產生影像模糊、無法獲得光學性能等之問題。
另一方面，於該種之晶圓透鏡之製造時，使玻璃基板與用以光硬化樹脂成形之母模之位置一致方法，揭示在專利文獻1中。圖14顯示專利文獻1中記載之位置一致方法之程序。
圖14中，符號104係母模109之定位標記，符號105係玻璃基板107之定位標記。符號106係測量定位標記之位置之照相機。
以使照相機106之高度上下移動，使上下表面之各定位標記104、105聚焦而使標記之XY位置一致之方式，使母模109與玻璃基板107重合。
詳細而言，如圖14所示般，在僅可上下方向移動之照相機106中，自玻璃基板107之上方使焦點與定位標記105對合(參照圖14中(1))。其後，使照相機106朝上方移動並在照相機106與玻璃基板107之間之位置配置母模109，且一面調整照相機106之高度位置，一面使其焦點位置與母模109之定位標記104或其附近一致(參照圖14中(2))。
該情形下，例如，若假定先與焦點對合之定位標記105與其後與焦點對合之定位標記104為如圖15上段所示之狀態，則使母模109在水平方向移動(參照圖15下段)至定位標記104相對於玻璃基板107之定位標記105一致之位置，在該狀態下相對於預先塗佈光硬化樹脂之玻璃基板擠壓(參 照圖14中(3))母模109並進行光照射從而成形透鏡。
[先前技術] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-72665號公報
如上所述若晶圓透鏡之晶圓101之上下表面之透鏡102之中心位置之偏離、或積層時以各個晶圓101上之定位標記為基準之透鏡中心位置之偏離，會使光學性能降低。為消除或減少該等之偏離，要求以盡可能之高精度測定以定位標記為基準之透鏡中心位置。
然而，即使在以定位標記為基準之透鏡中心位置之測定中應用參照圖14及圖15說明之定位方法，仍難以進行高精度之測定。以下，就該點進行說明。
若利用使照相機106在晶圓面之Z方向移動之未圖示之移動機構，使照相機之Z方向自圖14之(1)之正面之定位標記105之焦點位置移動至圖14之(2)之背面之定位標記104之焦點位置，則會引起使照相機106在Z方向移動之未圖示之平台相對於X方向或紙面垂直之Y方向之位置偏離。因此，若改變照相機之Z高度，則無法高精度測定定位標記位置。
測定圖13所示之一片之晶圓101之正反面之透鏡中心位置之情形，例如，首先以設置有定位標記103之正面成為上表面之方式設定晶圓101之姿勢。以使照相機106在晶圓 101之上表面聚焦之方式調整Z高度並測定定位標記103後，以定位標記為基準而利用探針測定透鏡中心位置。其後，使晶圓101之姿勢上下翻轉，使照相機之Z高度改變且聚焦於位置已改變到晶圓101之下表面之定位標記103之Z高度位置，進而以定位標記為基準，利用探針測定透鏡中心位置。
若利用未圖示之移動機構，使照相機106在晶圓面之Z方向移動，則會引起使照相機106在Z方向移動之未圖示之平台相對於X方向或紙面垂直之Y方向之位置偏離，從而產生照相機106之X方向或Y方向之中心位置稍微偏離之誤差。其結果，以所測定之定位標記為基準並以探針測定之透鏡中心位置將在正面與背面偏離。如此，以定位標記為基準而計算正面與背面之透鏡中心之情形，會因照相機106之X或Y方向之中心位置稍微偏離之誤差，而無法在1片之晶圓101上高精度測定正反面之透鏡中心。
本發明係解決上述先前之問題者，其目的在於提供一種以高精度測定被測定物之形狀之3次元測定方法。
為達成上述目的，本發明之3次元形狀測定方法，其係以2個以上之表面檢測機構取得被測定物之表面形狀資料之3次元測定方法，其特徵在於：使與被測定物分開設置之XY方向之位置不相對於上述被測定物而移動之校正用定位標記之Z方向之高度與上述被測定物之表面高度一致；以上述2個以上之表面檢測機構測定已使高度一致之 上述校正用定位標記；使用上述測定之結果校正上述2個以上之表面檢測機構之XY方向之偏移；且使用以上述2個以上之表面檢測機構測定之上述被測定物之表面形狀資料與經校正之上述偏移，求取上述被測定物之表面形狀。
較佳的是，上述表面檢測機構包含在於XY方向移動之XY平台上於Z方向移動之第1Z方向移動機構上設置之用於表面形狀測定之測桿，及在上述XY平台上於Z方向移動之第2Z方向移動機構上設置之測定XY面內之圖像之照相機；以上述照相機拍攝已與上述被測定物之表面高度一致之上述校正用定位標記，且以上述測桿測定，根據上述拍攝及測定之結果而校正上述測桿與上述照相機之中心位置之偏移；以上述測桿測定上述被測定物之表面形狀；且使用利用上述測桿得到之測定結果與上述經校正之偏移，求取上述被測定物之表面形狀。
更佳的是，利用上述測桿之上述被測定物之表面形狀之測定，係以通過被測定物上之各透鏡面之頂點位置附近之方式，在透鏡面之X方向上一次測定，進而以通過透鏡面之頂點位置附近之方式，在Y方向上一次測定；根據上述測定資料，並根據預先設定之透鏡之X方向、Y方向之間距，按每個透鏡分割測定資料，且針對按每個透鏡分割之資料，評估形狀與透鏡中心之XYZ位置與姿勢。
例如，被測定物為於薄板上形成有多個透鏡之晶圓透鏡。
根據本發明之3次元測定方法，可以高精度測定被測定物之形狀。例如，可以定位標記為基準而以高精度測定晶圓透鏡之正反面之透鏡中心位置。亦即，於晶圓之背面側形成有定位標記，並以照相機測定晶圓正面側無凹凸之定位標記之情形，或者以僅可以晶圓上之照相機測量之定位標記為基準而測定晶圓上之透鏡中心之情形下，皆可藉由使用照相機與測桿之中心位置間之經校正之偏移值，以定位標記為基準測定透鏡位置，而以高精度組裝用之定位標記為基準，進行晶圓上之透鏡位置之測量。
藉此，藉由在晶圓上之透鏡中，測定晶圓之上下表面各自之透鏡形狀，並算出定位標記基準下之位置偏離，可高精度地以定位標記為基準而測定晶圓上之透鏡之光軸中心之位置偏離。
再者，由於可個別算出自定位標記之上下表面之各透鏡中心軸之偏離，故可高精度地測定上下表面之各透鏡中心軸之偏離。
更且，藉由將通過被測定物上之各透鏡面之頂點位置附近之X方向與Y方向之一次測定資料分離成透鏡各自之資料，可高精度且快速地評估3次元形狀。
以下就本發明之實施形態，一面參照圖面一面進行說明。
(實施形態1)
1)使用之3次元測定機之裝置構成說明
圖1係顯示作為用以實施本發明之形狀測定方法之一實施形態之形狀測定裝置之概略構成之立體圖。圖1中，在XY平台3上之石壓板14上配置有用以測定XYZ座標位置之頻率穩定化He-Ne雷射4，探針經由Z1軸平台2安裝於石壓板14，利用振動頻率穩定化He-Ne雷射光，使具有經固定之奈米級之高平面度之X基準鏡面5、Y基準鏡面6、Z基準鏡面7反射，藉此，可以奈米級之超高精度測定XYZ座標。
該等之單元由作為控制運算部之電腦41控制，且與3次元測定機組合而進行自動運轉之方式構成。
再者，形狀測定裝置由以下構成：測定定位標記位置之照相機8；使照相機8在Z軸方向移動之Z2軸平台9；校正探針1之前端中心位置與照相機8之圖像之中心位置之偏移距離之校正用定位標記10；使校正用定位標記10在Z軸方向移動之Z3軸平台11；作為測定物之晶圓透鏡12；設置晶圓透鏡12之晶圓卡盤13。圖1中，將X軸之+方向上之順時針之旋轉作為A，將Y軸之+方向上之順時針之旋轉作為B，將Z軸之+方向上之順時針之旋轉作為C進行以下說明。
圖2中顯示該形狀測定裝置中使用之探針之構成。圖2中，測桿18由微空氣滑動器15支持，微空氣滑動器15之可動部份由微彈簧16支持。以照射至微空氣滑動器15之鏡面上之聚焦檢測用雷射19測量微彈簧之撓曲，且以在測定物17與測桿18之前端作用之較弱之原子間力成為一定之方式，以未圖示之線性馬達反饋控制探針單元20全體在Z方 向之位置。同時藉由在Z方向之位移中將上述頻率穩定化He-Ne雷射光21照射至鏡面22，藉由測定Z方向之位置。在該狀態下於XY方向掃描該探針單元全體而測定測定面之形狀。利用可減輕為安裝測桿18之可動部即微空氣滑動器15之可動部之重量之該構成，可以奈米精度高精度地測定到最大75°之高傾斜面為止。
該形狀測定裝置藉由在測定物17之面上於XY方向掃描探針1，求取測定物上之XYZ座標資料行，且利用作為未圖示之控制運算部之電腦41，運算處理利用探針1測定之XY座標位置上之Z座標資料之行，從而進行測定物17之形狀測定。
2)測定方式之原理
圖3係顯示本發明之測定方式之原理之原理圖。圖3中，為高精度地進行利用Z方向之探針1之測定，將使探針1在Z軸方向驅動之Z1軸平台2設置於在XY方向掃描探針1之XY平台3。又，於XY平台3上，設置有在Z軸方向驅動定位標記測定用之照相機8之Z2軸平台9。定位標記測定用之照相機8設置於相對於探針1在XY方向偏移之位置。根據該偏移之探針1之中心與照相機8之中心之XY方向之距離(中心間距離)Xo，係根據Z2軸平台9上之位置引起之照相機8之Z軸方向之移動引起之XY方向之位置之些許之偏離而變化。
再者，形狀測定裝置由以下構成：設置直徑約200 mm之圓形基板之測定物即晶圓透鏡12(一併參照圖4)之晶圓卡 盤13；使晶圓卡盤13全體繞著Z軸旋轉之γ平台23；及觀察用以特定設置於晶圓卡盤13上之晶圓透鏡12上之XY位置之定位標記29，並進行標記之圖案檢測之未圖示之辨識裝置。
再者，將校正測定用之探針1與照相機8之中心位置偏移之校正用定位標記10設置於圖3之石壓板24上之可在Z方向移動之Z3軸平台11。如之後詳細敘述所示，藉由以探針1與照相機8測定該校正用定位標記10而實行校正。
在圖4中顯示作為被測定物之晶圓透鏡12。於晶圓透鏡12上，於X、Y各自之方向上以特定之大致一定之間距以格柵狀形成透鏡34。具體而言，於晶圓透鏡12之A面、B面之兩面之相同位置形成有透鏡34。再者於晶圓透鏡12之A面之特定位置，形成有2處以上之定位標記29。
圖5(a)、(b)中顯示校正用定位標記10。本實施形態中校正用定位標記10係使用於玻璃基板25上，蒸鍍0.1 μm左右之鉻膜26之半導體製造用之鉻光罩基板。於鉻膜26之中央，設置有大小為縱橫1 mm見方左右之正方形狀之蝕刻部27。在該蝕刻部27除去鉻膜26而露出玻璃基板25。
3)測定方式之概要
圖6中顯示根據本發明之3次元測定方法之測定之全體流程。
由步驟201開始測定，在電腦41中設定處理程式，亦即表示用以自動進行一連串之測定之程序之電腦程式之一種。於處理程式中，輸入所要測定之晶圓透鏡12之設計形 狀、晶圓尺寸、晶圓透鏡12上之透鏡34之設計上之X、Y方向之各透鏡中心間間距、晶圓透鏡12上之透鏡配置、測定時之探針1之測定速度、2個定位標記29之位置等測定所需之資訊，進行測定條件之設定等測定準備，其後開始測定。
將以步驟202測定之晶圓透鏡12以A面(設置有定位標記29之面)側為上之方式設置於形狀測定裝置之晶圓卡盤13上。將晶圓透鏡12以手動定位於形狀測定裝置之晶圓卡盤13並固著，且由未圖示之真空吸附機構吸附。
其後，根據步驟203，以位於以步驟202設置之晶圓透鏡12之A面之定位標記29之上方之方式，利用XY平台3之未圖示之驅動機構使照相機8之XY位置移動。其後，以照相機8之焦點高度成為圖3所示之被測定物即晶圓透鏡12之正面之晶圓上之定位標記29之高度L1之方式，一面以電腦41之監視器(未圖示)監視照相機8之圖像、一面在Z方向上調整並配合照相機高度調整用之Z2軸平台9之高度。
在步驟204中持續維持以步驟203調整之照相機8之焦點高度位置，利用XY平台3使照相機8移動而使其位於校正用定位標記10之上方。其次，持續維持固定照相機8使之不在XYZ方向任一者上移動之狀態，以使照相機8之焦點與校正用定位標記10對合之方式調整Z3軸平台11之高度。該調整之結果，校正用定位標記10之標記面之高度L2與作為被測定物之晶圓透鏡12之正面(A面)之定位標記29之高度L1一致。
步驟205中，利用以上述步驟201~204之程序經調整之照相機8測定校正用定位標記10，且亦以探針1，測定校正用定位標記10，基於測定結果實行探針1與照相機8之中心間距離Xo之測定(探針1與照相機8之中心位置之校正)。
步驟206中，使用照相機8與XY平台3，測定設置於晶圓透鏡12上之2個定位標記29之位置，並記憶定位標記29之中心位置。根據上述測定之2個定位標記位置，測定相對於形狀測定裝置之座標(固定之XYZ座標系統)之晶圓透鏡12之旋轉偏離角γ。
步驟207中，藉由設置於晶圓卡盤13之下部之γ平台23使晶圓透鏡12旋轉所測定之旋轉偏離角γ之量，以平行於形狀測定裝置之X基準鏡面5、Y基準鏡面7之方式調整。
步驟208中，確認旋轉偏離角γ之值相對於預先設定之特定之值是否在規定範圍內。若在範圍內則進到步驟209，若在範圍外，則重複自步驟206起之程序。
步驟209中，以利用探針1通過晶圓透鏡12上之各透鏡中心之方式，以一筆連續形狀，在X方向與Y方向之2方向測定晶圓透鏡12之A面之全域。
步驟210中，使用以步驟209所測定之X方向與Y方向之2方向之測定資料、以步驟206之步驟求得之2個定位標記29之位置、及以步驟205求得之探針1與照相機8之中心間距離，以定位標記29為基準而算出晶圓透鏡12上之各透鏡34之中心。
步驟211~219中，針對晶圓透鏡12之B面重複同樣之處 理。
首先，在步驟211中以將以上述步驟測定之晶圓透鏡12之正反以Y軸為旋轉軸翻轉而使B面在上之方式，安裝於晶圓卡盤13。
根據步驟212，在位於下側之定位標記29位置上，利用Z2軸平台9調整照相機8之焦點高度。
根據步驟213，在維持以212之步驟利用Z2軸平台9調整之照相機8之焦點高度位置下，調整Z3軸平台11，以使照相機8之焦點與校正用定位標記10對合。
在步驟214中，藉由使用校正用定位標記10，以上述步驟211~213之程序進行調整，測定在XY方向上略為偏離之照相機8之中心位置與探針1之中心間距離XoB。
在步驟215~218中，在上述設置狀態下進行與步驟206~209相同之處理。
在步驟219中，使用以步驟218測定之X方向與Y方向之2方向之測定資料、以步驟215之步驟求得之2個定位標記29之位置、及以步驟214求得之探針與照相機8之中心間距離，以定位標記29為基準而算出晶圓透鏡12上之各透鏡34之中心。
在步驟220中，根據A面之各透鏡34之中心位置與B面之各透鏡34之中心位置，利用計算處理算出晶圓透鏡12之正反之透鏡34之中心偏離。
在步驟221結束測定。
2)測定方式之詳情
以下，依序說明圖6中記載之程序之詳情。
在步驟205中，基於以步驟201~204之程序調整之晶圓透鏡12上之定位標記29與校正用定位標記10之位置關係，使用校正用定位標記10，測定探針1與照相機8之中心間距離XoA。
以下，說明使用上述校正用定位標記，校正探針與照相機之中心位置之校正程序之詳情。
首先，利用照相機8，由以下之程序算出校正用定位標記10之中心位置(Xc、Yc)。
步驟204之Z3軸平台11之調整後，在校正用定位標記10之標記中心位置，藉由XY平台3使照相機8移動。
以後，利用照相機8取得如圖7所示之圖像作為校正用定位標記10之蝕刻部27。
此處利用以下之程序1~5算出正方形狀之蝕刻部27之中心位置。
程序1：針對蝕刻部27之X軸方向，根據X測定線30之資料求取與蝕刻部27之交點位置X1L、X1R，根據X測定線31之資料求取與蝕刻部27之交點位置X2L、X2R。
程序2：針對蝕刻部27之Y軸方向，根據Y測定線32之資料求取與蝕刻部27之交點位置Y1D、Y1U，根據Y測定線33之資料求取與蝕刻部27之交點位置Y2D、Y2U。
程序3：求取Y方向測定中央線35，亦即連結交點位置X1L與交點位置X2L之蝕刻部27之縱向之線與連結交點位置X1R與交點位置X2R之蝕刻部27之縱向之線之平均線。
程序4：求取X方向測定中央線34，亦即連結交點位置Y1D與交點位置Y2D之蝕刻部27之橫向之線與連結交點位置Y1U與交點位置Y2U之蝕刻部27之橫向之線之平均線。
程序5：求取標記中心位置(Xc、Yc)，亦即X方向測定中央線34與Y方向測定中央線35之交點。
以下，說明蝕刻部27之中心位置即標記中心位置(Xc、Yc)之計算程序之詳情。以下之計算中，根據照相機8之CCD資料擷取包含蝕刻部5全體之鉻膜6之濃淡圖像。
此處，將X軸上之2個測定剖面作為X測定線30與X測定線31而擷取測定資料。該等之資料如圖8所示為由濃淡所產生之凹凸形狀，將該濃淡圖像之凹凸之中央部份作為閥值，在擷取邊緣位置之Y方向位置，即圖7所示之XY方向之向量表記法位置，X測定線30之閥值之交點位置表示為X1L=(X1Lx，X1y)，X1R=(X2Lx，X2y)。相同地，X測定線32上之閥值之交點位置向量表示為X2L、X2R。相同地求得作為Y軸方向之2方向之Y測定線32與Y測定線33之總計4處之閥值之交點位置Y1U、Y1D、Y2U、Y2D。
以後，使用圖7所示之記號，根據以下之式算出中點。
[數1]X1C=(X1L+X1R)/2 X2C=(X2L+X2R)/2
又，定義以下之向量XV。
[數2]XV=X1C-X2C
使用該向量XV，若t設為標量則X測定中央線34之方程式成為以下之式(1)。
[數3]XL=t＊XV+X1C………(1)
同樣地，Y測定中央線35之方程式使用標量s如以下之式(2)般表示。
[數4]YL=s＊YV+Y1C………(2)
YV=YUC-YDC
YUC=(Y1U+Y2U)/2
YDC=(Y1D+Y2D)/2
由於標記中心為以方程式XL、YL表示之線34、35之交點，故若根據(1)=(2)式算出t、s，則得出標記中心。
方程式XL即式(1)、與方程式YL即式(2)可分別變化為以下之式(1)'、(2)'。
[數5]XLX=t＊XVX+X1CX,XLY=t＊XVY+X1CY………(1)，YLX=s＊YVX+Y1CX,YLY=s＊YVY+Y1CY………(2)，根據(1)'=(2)'式得到以下之式(3)、(4)。
[數6]t＊XVX+X1CX=s＊YVX+Y1CX………(3) t＊XVY+X1CY=s＊YVY+Y1CY………(4)
若針對t解(3)、(4)式則得到以下之式(5)。
[數7] t={(Y1CX＊YVY-Y1CY＊YVX)-(X1CX＊YVY-X1CY＊YVX)}/(XVX＊YVY-XVY＊YVX)………(5)
將以式(5)得出之t之值代入(1)式求取交點，亦即標記中心(Xc、Yc)=Xc=t ＊ XV+X1C。另，即使將針對s解式(3)、(4)得到之s之值代入(2)式，亦可求標記中心(Xc、Yc)。
藉由利用上述計算程序檢測X軸方向、Y軸方向各2方向之邊緣，算出照相機之圖像之範圍內之定位標記位置。
如此，藉由算出定位標記10之邊緣位置之X方向與Y方向之中心，即使校正用定位標記相對於測定機之X或Y方向稍微傾斜安裝，仍可高精度地求出校正用定位標記之中心(Xc、Yc)。
其次，將探針移動至校正用定位標記位置，以與以照相機所測定之X測定線30、X測定線31、Y測定線32、Y測定線33之4條線相同之路徑，以探針分別在X方向、Y方向上每2條線進行掃描，在各自之方向上將校正用標記之階差形狀部份之X測定線30、X測定線31、Y測定線32、Y測定線33之高度之中央位置依序算出作為閥值之交點位置X1L、X1R、X2L、X2R、Y1U、Y1D、Y2U、Y2D。使用該資料，與上述照相機之計算程序相同地算出通過X方向、Y方向各自之交點位置之中點之2條X測定中央線34、Y測定中央線35，算出該算出之X方向Y方向之2方向之直線之中心線之交點座標，且以與上述照相機中之算出程序相同之算出公式算出以探針測定之定位標記位置(Xa，Ya)。
根據該等之測定結果，由晶圓透鏡12之A面測定時之探針基準下之照相機之偏移位置(XoA，YoA)=(Xc，Yc)-(Xa，Ya)算出。
以後在晶圓透鏡12面上之透鏡測定下之相對於照相機8之探針1之偏移位置參照該值，而要將以照相機8求得之定位標記位置轉換為探針基準時，藉由減去該偏移值而算出。
如此，晶圓透鏡12上之定位標記29之高度改變之情形時，藉由在使校正用定位標記10對準晶圓上之定位標記高度之狀態下，以照相機8與探針1之雙方測定同一標記，可求出照相機8與探針1之正確之偏移值。
藉此，即使在照相機8之焦點調整時所調整之Z高度調整用Z2軸平台之XY方向之直線度偏離，亦不會受到因照相機之焦點高度偏離產生之光學中心位置偏離等之測量誤差之影響，仍可進行高精度之測定。
圖9中，Xw、Yw為晶圓透鏡之座標系統。Xm、Ym為設置有晶圓透鏡12之形狀測定裝置之座標系統。然而，在該狀態下，如圖9所示般，成為Xw、Yw之晶圓透鏡12之座標系統與Xm、Ym之形狀測定裝置之座標系統無法平行設置而多少存在偏離之狀態。
步驟206中，使用照相機8與XY平台3，測定設置於晶圓透鏡12上之2個定位標記29之位置，並記憶定位標記之中心位置XaA1、XaA2。根據上述測定之2個定位標記位置，相對於3次元測定機之座標，測定晶圓透鏡12之旋轉位置 偏離γ。上述算出之程序可根據利用步驟205中說明之照相機8之定位標記中心算出程序算出。
晶圓上之2個定位標記如圖9所示般，2個定位標記29作為構成於Y軸上近旁者進行以下說明。求取該2個定位標記29之XY位置向量之差，若如圖9所示般將2個定位標記29之Y方向之距離設為YLd，將2個標記之X方向之偏離設為dX，則將測定機之繞Z軸之旋轉位置偏離算出作為γ=atan(dX/YLd)。
對此，在步驟207中，藉由設置於晶圓卡盤13之下部之γ平台23使晶圓透鏡12旋轉所測定之γ偏離之量，以使晶圓透鏡之XY座標平行於3次元測定機之X基準鏡面5、Y基準鏡面7之方式調整。
步驟208中，確認γ之值相對於預先設定之特定值之偏離是否在規定範圍內。若在範圍內則進到步驟209，若在範圍外，則重複自步驟206起之程序。
步驟209中，以利用探針1通過晶圓透鏡12上之各透鏡中心之方式，以一筆連續形狀，在X方向與Y方向之2方向上測定所有晶圓透鏡。
根據上述測定之2個定位標記29之位置，算出晶圓透鏡12之中心位置，並針對所要測定之所有透鏡34，建立在X方向、Y方向以一筆連續形狀測定之測定路徑之NC路徑，且以如圖10所示般通過晶圓透鏡12上之全面之透鏡34之頂點位置附近之方式，以一筆連續形狀依序掃描X方向、Y方向與探針1，得到晶圓上之所有透鏡之XY軸上之測定資 料。
此處測定之晶圓透鏡12之透鏡34之排列需要以X方向、Y方向分別等間隔間距配置為格柵狀。連續掃描測定該配置為格柵狀之透鏡34。全部之透鏡形狀之設計式相同。
步驟210中，使用以步驟209測定之X方向與Y方向之2方向之測定資料、以步驟206之步驟求得之2個之定位標記29之位置XaA1、XaA2、及探針1與照相機8之中心間距離XoA，以定位標記29為基準而算出晶圓透鏡12上之各透鏡中心。
以下說明該程序。以圖10所示之一筆連續形狀，在X方向上測定透鏡全面，再者在Y方向上測定透鏡全面，以探針之掃描測定結束後，以各XY之掃描資料，根據預先輸入之設計上之透鏡排列之X方向與Y方向之間距，以測定機之座標為基準針對每個透鏡分割X方向與Y方向之測定資料。
此處，在圖9中顯示透鏡位置(i，j)與表示該透鏡位置之索引i，j之關係。i，j之索引係將晶圓透鏡之中央之透鏡設為(i，j)=(0，0)，且在X+方向之第一個透鏡定義為i=+1，在Y+方向之第一個透鏡定義為j=+1。
在圖11中說明資料分割之程序。連續之測定資料針對設計間距之整數倍之i個之每一個，設定虛擬中心位置X[i]=i ＊ Xp，且自該中心起將透鏡之排列間距之一半距離之±Xp/2之範圍之資料作為第i個透鏡之資料，並根據原來之一筆畫連續資料進行分割。
同樣地設定Y方向之虛擬中心位置Y[j]=j ＊ Yp，且自該中心起將透鏡之排列間距之一半距離之±Yp/2之範圍之資料作為第j個透鏡之資料，並根據原來之一筆連續形資料進行分割。
且，將交點為同一點之X方向與Y方向之1組之資料作為1個透鏡之測定資料，記憶於未圖示之電腦之記憶體。使用該經分割之資料，按每個透鏡對準經切取之資料，並評估為根據中心位置、形狀偏離、設計式之最大偏離量即PV(Peak to Valley：峰谷)、RMS(Root Mean Square：均方根)等。
使用上述經分割之各透鏡34之每個之資料，根據測定透鏡34之XY軸上之XZ與YZ剖面之資料，就相對於測定機之透鏡之中心位置，以各測定點之測定資料與設計形狀之差之平方和為最小之方式，使測定資料點行差設計式之座標系統上在X方向、Y方向、Z方向、繞X軸之A旋轉方向、繞Y軸之B旋轉方向移動，且針對晶圓透鏡12上之所有透鏡34依序算出該移動量，而算出晶圓透鏡12上之所有透鏡34之透鏡中心位置。在晶圓面單側，各自之透鏡形狀之設計式相同。
圖12為晶圓上之(i，j)位置之測定資料點行(Xk，Yk，Zk)與設計形狀。圖12中為了易於說明，顯示XZ剖面上之測定資料點行與設計形狀。
圖12中，使用測定資料點行之各點之資料與以Z=f(x，y)表示之設計形狀，根據測定資料之(Xk，Yk)之各位置， 由Zfk=f(Xk，Yk)算出Zfk，且算出該值與上述測定資料之Zk之差、Zdk=Zk-Zfk，算出相對於所有測定資料之平方和、ΣZdk2為最小之繞Y軸之旋轉dBa、及X軸方向之並進移動量dXa、Z軸方向之移動量dZa。
圖12之說明中雖為XZ面上之說明圖，但XZ剖面與YZ剖面之所有資料之情形亦藉由以相同之程序，以XYZ3次元測定資料(Xk，Yk，Zk)，將與設計形狀Z=f(Xk，Yk)之平方和為最小之移動量作為dXa、dYa、dZa、dAa、dBa算出，根據XY2方向之測定資料點行，算出自透鏡中心位置之偏離dXa、dYa。根據該偏離與透鏡之一筆連續形狀之資料，將(i，j)位置之透鏡中心位置作為以下之式，針對所有透鏡使i、j之值改變，而依序算出在對應於各透鏡逐一分割時以4-4)決定之上述虛擬中心位置之和。
[數8]Xf[i,j]=X[i]+dXa Yf[i,j]=Y[i]+dYa
將上述透鏡之中心位置資料點行作為(Xf[i，j]，Yf[i，j])(i、j為表示晶圓上之XY平面之透鏡之格柵位置之整數值)並記憶於未圖示之電腦之記憶體。
上述各透鏡之測定中心，先前係藉由以將晶圓上之定位標記之座標盡可能地平行地接近測定機之座標之方式，使上述γ軸平台旋轉而設置，但由於γ軸馬達之定位精度之限制，要以使上述2個定位標記之X方向之位置偏離dX成為1μm以下之方式使γ軸旋轉並定位，有其困難。
對此，使用利用照相機測量之上述定位標記位置之偏離YL2、dX2之值，就上述算出之所有透鏡之中心位置，以定位標記為基準之方式，使透鏡之所有中心XY位置資料點行(Xf[i，j]，Yf[i，j])(i、j為表示晶圓上之XY平面上之透鏡之格柵位置之整數值)旋轉角度γ2=atan(dX2/YLd2)，而算出定位標記基準之透鏡中心位置。根據上述程序，可相對於以照相機求得之定位標記座標，高精度地求透鏡中心位置。
此處，圖9中顯示透鏡中心位置(Xf[i，j]，Yf[i，j])與表示該透鏡位置之索引i、j之關係。作為以晶圓上之定位標記為基準之位置，將透鏡中心位置以(Xf[i，j]，Yf[i，j])表示。該排列之i、j之索引將晶圓透鏡之中央作為(i，j)=(0，0)，在X+方向之第一個透鏡定義為i=+1，在Y+方向之第一個透鏡定義為j=+1。
步驟211中將上述步驟測定之晶圓透鏡12以Y軸為旋轉軸將其正反翻轉而使B面成為利用探針1之測定側，以此方式安裝於晶圓卡盤13。
其後，根據步驟212，將藉由以202之步驟設置之晶圓透鏡11之正面以Y軸為旋轉軸而將晶圓正反翻轉而設置，然後測定形成於透明之晶圓透鏡之基板之背面之定位標記之情形時，藉由晶圓之正反之旋轉，在步驟202~210之測定中，使位於探針1側之定位標記29移動至晶圓卡盤13側之位置，且將照相機8之焦點高度利用Z軸平台9調整到位於晶圓卡盤側之定位標記29位置調整。
其後，根據步驟213，在維持以212之步驟利用Z軸平台9調整之照相機8之焦點高度位置下，使照相機8移動至校正用定位標記10之位置，以上述212之步驟將晶圓正反以Y軸為旋轉軸翻轉而設置，藉此以使照相機8之焦點與校正定位標記10對合之方式，將Z3軸平台11調整相當於經改變之晶圓厚度之Z高度之量。
步驟214中，對於以上述步驟211~213之程序進行調整而在XY方向上略微偏離之照相機8之中心位置，使用校正用定位標記10，測定探針1與照相機8之中心間距離XoB。
該校正程序係利用與上述步驟205之說明所示之校正程序相同之校正程序進行校正。
步驟215~218中，在上述設置狀態下進行與步驟206~209相同之處理。
步驟219中，使用以218測定之X方向與Y方向之2方向之測定資料、以215之步驟求得之2個定位標記29之位置XaB1、XaB2、及探針1與照相機8之中心間距離XoB，以定位標記29為基準而算出晶圓透鏡12上之各透鏡中心。
該算出程序係利用與上述步驟210之說明中所示之算出程序相同之算出程序算出。
步驟220中，根據以步驟210求得之定位標記29基準下之A面之各透鏡中心位置、及將晶圓正反以Y軸為旋轉軸翻轉而設置之以步驟219求得之定位標記29基準下之B面之各透鏡中心位置，利用計算處理算出晶圓透鏡12之正反之透鏡之中心偏離。
若將以上述步驟210之程序求得之晶圓正面之透鏡中心XY位置資料點行設為(Xf[i，j]，Yf[i，j])(i、j為表示晶圓上之XY平面上之透鏡之格柵位置之整數值)，在Y軸上旋轉180度並設置、測定，將以上述步驟219之程序求得之上述同一晶圓透鏡之背面之透鏡中心XY位置資料點行設為(Xb[i，j]，Yb[i，j])(i、j為表示晶圓上之XY平面上之透鏡之格柵位置之整數值)，則相對於正面之背面之左右方向之資料索引即i之值，若使用藉由在背面側翻轉而使極性反轉之值-i，則可指定透鏡位置，且透鏡正反間之中心位置偏離之點群，在背面之各透鏡基準下正面之各透鏡之中心位置偏離利用以下之式算出。
[數9](dX[i,j],dY[i,j])=Xf[i,j],Yf[i,j])-(Xb[-i,j],Yb[-i,j])
i、j為表示晶圓上之XY平面上之透鏡之格柵位置之整數值
根據上述程序，可求出對應於晶圓上之正反之位置上之所有透鏡之正面與背面之透鏡中心位置偏離。
根據上述步驟220之正面各透鏡中心位置資料、步驟219之背面各透鏡中心位置資料、步驟220之正反之透鏡之中心偏離之結果，評估晶圓透鏡12之特性。
在步驟221結束測定。
又，由於實際之晶圓透鏡之製造中，存在多種之厚度之晶圓透鏡，且晶圓上之標記高度因品種而變化，故根據品種之替換，利用上述校正程序，調整照相機高度調整用Z2 軸平台9與校正用定位標記高度調整用Z3軸平台11之高度。
又，對於相同種類之晶圓透鏡12之單面(A面或B面)以定位標記29為基準重複測定透鏡位置之情形，可根據步驟201至210之程序進行測定。該情形，重複測定中進行第2片以後之晶圓透鏡12之測定之情形時，藉由跳過步驟203~205而測定，可縮短測定時間進行測定。
藉由如此以照相機測定校正用定位標記，以探針測定透鏡形狀與透鏡中心位置，進而使用上述經校正之偏移值，根據晶圓高度、或晶圓上之定位標記是附於正面或附於背面之高度，可不受照相機8之焦點調整時所調整之Z高度調整用Z2軸平台之XY方向之直線度偏離等之影響、與因照相機之焦點高度偏離所產生之光學中心位置偏離等之測量誤差之影響，而進行高精度之測定。
本發明並不限定於上述實施形態，可進行各種更改。例如，關於設置有定位標記29之晶圓透鏡12之A面之測定中之探針1與照相機8之中心距離，無須如圖6之步驟204、205般使用校正用定位標記，亦可藉由使用晶圓透鏡12之定位標記29進行與步驟204、205相同之處理，進行探針1與照相機8之中心距離之校正。
[產業上之可利用性]
本發明之3次元測定方法，由於在使用探針高精度地測定3次元形狀之3次元中，利用照相機以定位標記位置為基準高精度地進行測定，可高精度地測定相對於探針位置之 偏移，故亦可將形成於晶圓透鏡、透鏡陣列等1片之基板上之複數個透鏡應用於高速且高精度地進行測定之3次元測定之用途。
又上述實施例中，以晶圓透鏡為測定物說明實施例，但亦可替代晶圓透鏡而應用於製造晶圓透鏡之模具、或透鏡陣列等用途中。
1‧‧‧探針
2‧‧‧Z1軸平台
3‧‧‧XY平台
8‧‧‧照相機
9‧‧‧Z2軸平台
10‧‧‧校正用定位標記
11‧‧‧Z3軸平台
12‧‧‧晶圓透鏡
29‧‧‧定位標記
圖1係本發明之實施形態1之3次元測定方法之裝置全體圖。
圖2係本發明之實施形態1之3次元測定方法之探針構成圖。
圖3係本發明之實施形態1之3次元測定方法之詳細圖。
圖4係本發明之實施形態1之晶圓透鏡與定位標記之構成圖。
圖5(A)、(B)係本發明之實施形態1之校正用定位標記之構成圖。
圖6係本發明之實施形態1之全體測定流程。
本發明之實施形態1之校正用定位標記之邊緣部剖面圖。
圖7係本發明之實施形態1之定位標記之位置關係詳細圖。
圖8係本發明之實施形態1之校正用定位標記測量之詳細圖。
圖9係本發明之實施形態1之晶圓透鏡之位置關係之詳細 圖。
圖10係本發明之實施形態1之晶圓透鏡測定掃描路徑之詳細圖。
圖11係本發明之實施形態1之探針測得之測定資料之詳細圖。
圖12係本發明之實施形態1之透鏡中心位置算出之詳細圖。
圖13係專利文獻1中記載之晶圓透鏡之構成圖。
圖14係顯示專利文獻1中記載之先前之3次元測定方法之圖。
圖15係顯示專利文獻1中記載之先前之3次元測定方法之圖。
1‧‧‧探針
2‧‧‧Z1軸平台
3‧‧‧XY平台
8‧‧‧照相機
9‧‧‧Z2軸平台
10‧‧‧校正用定位標記
11‧‧‧Z3軸平台
12‧‧‧晶圓透鏡
13‧‧‧晶圓卡盤
23‧‧‧γ平台23
24‧‧‧石壓板
29‧‧‧定位標記

Claims (4)

  1. 一種3次元測定方法，其係以2個以上之表面檢測機構取得被測定物之表面形狀資料之3次元測定方法，其特徵在於：使與被測定物分開設置之XY方向之位置不相對於上述被測定物而移動之校正用定位標記之Z方向之高度與上述被測定物之表面高度一致；以上述2個以上之表面檢測機構測定已使高度一致之上述校正用定位標記；使用上述測定之結果校正上述2個以上之表面檢測機構之XY方向之偏移；且使用以上述2個以上之表面檢測機構測定之上述被測定物之表面形狀資料與經校正之上述偏移，求取上述被測定物之表面形狀。
  2. 如請求項1之3次元測定方法，其中上述表面檢測機構包含在於XY方向移動之XY平台上於Z方向移動之第1Z方向移動機構上設置之用於表面形狀測定之測桿，及在上述XY平台上於Z方向移動之第2Z方向移動機構上設置之測定XY面內之圖像之照相機；以上述照相機拍攝已與上述被測定物之表面高度一致之上述校正用定位標記，且以上述測桿測定，根據上述拍攝及測定之結果而校正上述測桿與上述照相機之中心位置之偏移；以上述測桿測定上述被測定物之表面形狀；且 使用利用上述測桿得到之測定結果與上述經校正之偏移，求取上述被測定物之表面形狀。
  3. 如請求項2之3次元測定方法，其中利用上述測桿之上述被測定物之表面形狀之測定，係以通過被測定物上之各透鏡面之頂點位置附近之方式，在透鏡面之X方向上一次測定，進而以通過透鏡面之頂點位置附近之方式，在Y方向上一次測定；根據上述測定資料，並根據預先設定之透鏡之X方向、Y方向之間距，按每個透鏡分割測定資料，且針對按每個透鏡分割之資料，評估形狀與透鏡中心之XYZ位置與姿勢。
  4. 如請求項1至3中任一項之3次元測定方法，其中上述被測定物為於薄板上形成有多個透鏡之晶圓透鏡。
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