TW201807373A - 測量裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種可達成測量精度的提升，並且可達成測量效率的提升之測量裝置。
測量裝置1係根據藉由攝像系統4A、4B拍攝所得的干涉條紋圖像，針對預設於工件W的預定測量區域內之一部分的z位置調查區域，取得z方向複數位置的複振幅資料。接著，從該複數種的複振幅資料取得z位置調查區域之複數種的強度圖像，依據該複數種的強度圖像，決定z位置調查區域之z方向的位置。並針對測量區域全體取得該位置的複振幅資料，並執行測量區域的三維測量。

Description

測量裝置
本發明係關於測量被測量物形狀之測量裝置。
以往，作為測量被測量物形狀的測量裝置，已知有利用干涉儀之測量裝置(例如，參照專利文獻1)。其中，亦有依據相位不同的複數個干涉條紋圖像，藉由相移法進行測量之測量裝置等(例如，參照專利文獻2)。
然而，若沒有將被測量物適當地設置於攝像手段的對焦範圍內，就會無法取得聚焦精度佳的圖像資料，而有測量精度降低之虞慮。
因此，在習知技術中，在開始測量之前，必須要以良好精度進行將被測量物設置於對焦範圍內的前處理等，測量所需的時間會有整體變長之虞。又，高度測量的測量範圍會有受到對焦範圍的限制之虞。
對此，近年來，亦可見修正失焦像差之功能的干涉攝像裝置等(例如，參照專利文獻3)。藉由修正失焦像差，由於可將產生失焦的圖像資料藉由運算處理轉換成聚焦的圖像資料，所以可取得精度良好的圖像資料。結果，能謀求測量精度的提升。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本特開平8-219722號公報
專利文獻2 日本特開平11-337321號公報
專利文獻3 日本特表2016-504947號公報
然而，在專利文獻3的習知技術中，構成為針對被測量物可存在之光軸方向(高度方向)預定範圍內的光軸方向複數位置，分別作成像差修正圖像，由其中抽出聚焦的圖像。亦即，必須針對可藉由攝像手段攝像的圖像整體作成複數種已進行像差修正處理的像差修正圖像，所以處理負荷極大，會有此處理所需花費的時間亦變長之虞。結果，會有測量效率顯著降低之虞。
本發明係有鑑於上述情事而完成者，其目的在提供一種可謀求測量精度的提升，並可謀求測量效率的提升之測量裝置。
以下，針對適於解決上述課題的各手段，分項進行說明。另外，視需要，於對應的手段附註其特有的作用效果。
手段1.一種測量裝置，其係具備： 預定的光學系統(例如特定光學系統)，係將射入之預定的光分割成兩道光，可將其中一道光作為測量光照射至被測量物(例如晶圓基板)且可將另一道光作為參考光照射至參考面，並且可將該等光再度合成並射出；照射手段，可射出預定的光，該預定的光會被射入前述預定的光學系統；攝像手段，可拍攝從前述預定的光學系統射出的輸出光；及圖像處理手段，可根據藉由前述攝像手段進行攝像所得的干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定的測量區域(被測量物的全部區域或一部分)的測量，前述圖像處理手段具備有：第1資料取得手段，根據藉由前述攝像手段進行攝像所得的干涉條紋圖像，針對預設於前述測量區域內之一部分的特定區域，至少按光軸方向預定範圍內的預定間隔取得複數種光軸方向預定位置的複振幅資料；圖像取得手段，從藉由前述第1資料取得手段所取得之按前述特定區域的前述預定間隔之複數種複振幅資料，取得按前述特定區域之前述預定間隔的複數種強度(亮度)圖像；位置決定手段，根據藉由前述圖像取得手段所取得的前述複數種強度圖像，決定光軸方向的預定位置(例如可獲得最聚焦的強度圖像之位置)；第2資料取得手段，針對前述測量區域全體取得藉由前述位置決定手段所決定之位置的複振幅資料；及 測量執行手段，根據藉由前述第2資料取得手段所取得的複振幅資料，執行前述測量區域的測量。
此外，「預定的光學系統」不僅包含「使參考光及測量光於內部干涉後，以干涉光的形式輸出之光學系統」，亦包含「沒有使參考光及測量光於內部干涉，而是單純以合成光的形式輸出之光學系統」。惟，在從「預定的光學系統」輸出的「輸出光」為「合成光」的情況下，為了拍攝「干涉條紋圖像」，至少在以「攝像手段」攝像的前階段，經由預定的干涉手段轉換成「干涉光」。
亦即，為了產生光的干涉(拍攝干涉條紋圖像)，將射入之預定的光分割成兩道光，可將其中一道光作為測量光照射到被測量物且可將另一道光作為參考光照射到參考面，並且可將該等光再度合成並射出之光學系統，係可稱為「干涉光學系統」。因此，在上述手段1中(在以下的各手段中亦同)，亦可將「預定的光學系統(特定光學系統)」改稱為「干涉光學系統」。
根據上述手段1，首先最初不是針對測量區域全體，而是僅針對預設於測量區域內之一部分的特定區域(受到限制的狹窄範圍)，取得光軸方向複數位置的複振幅資料，根據此，搜尋並決定聚焦於被測量物(特定區域)之最適當的位置。然後，取得針對此位置之測量區域全體的複振幅資料，進行該測量區域的測量。
藉此，施加於用以取得在進行測量區域的測量上所需資料的處理之負荷得以減輕，並可縮短該處 理所需的時間。結果，可達成測量精度的提升，並可達成測量效率的提升。
此外，作為上述「預定間隔」，係可列舉例如光軸方向之「對焦範圍」或「測量範圍」的間隔等。
手段2.如手段1之測量裝置，其特徵為前述位置決定手段係根據藉由前述圖像取得手段所取得之前述複數種強度圖像，決定前述特定區域的光軸方向位置。
根據上述手段2，係構成為特定被測量物(特定區域)之光軸方向的位置(高度方向位置)，並取得此位置之測量區域全體的複振幅資料以進行測量。藉此，與從僅按各預定間隔所取得的複數種的複振幅資料中抽出最適當的資料之構成相比，可取得聚焦於被測量物(特定區域)之最合適且精度良好的資料。結果，可謀求測量精度的進一步提升。
手段3.如手段2之測量裝置，其特徵為前述特定區域係在進行前述測量區域之光軸方向的測量時成為基準的區域。
根據上述手段3，可在聚焦於成為測量基準的特定區域之最適當且精度優良的資料下進行測量，可謀求測量精度的進一步提升。
手段4.如手段1至3中任一手段之測量裝置，其特徵為前述特定區域係設定於複數部位。
根據上述手段4，由於具有複數個特定區域，所以應取得測量區域全體的複振幅資料，變得容易找到最適當的位置。
此外，例如在被測量物翹曲或變成傾斜的狀態等於測量區域產生有高低差的情況下，假使只設定有一個前述特定區域，會有無法取得聚焦於測量區域全體的資料之虞。
對此，藉由如本手段所示具有複數個特定區域，可按複數個特定區域執行上述手段1之一連串的處理，整體上可取得聚焦於測量區域全體的資料。例如，關於測量區域中的第1區域，係使用光軸方向之第1位置的資料，關於第2區域，係使用光軸方向之第2位置的資料，藉此可取得聚焦於測量區域全體的資料。
手段5.如手段1至4中任一手段之測量裝置，其特徵為具備對前述參考光和前述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，前述圖像處理手段係構成為根據將利用前述相移手段相移成複數種(例如三種或四種)的前述輸出光藉由前述攝像手段進行攝像所得的複數種干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定測量區域的測量。
手段6.如手段1至5中任一手段之測量裝置，其特徵為前述照射手段係具備：第1照射手段，可射出包含第1波長的偏光之第1光，該第1光會被射入前述預定的光學系統；及第2照射手段，可射出包含第2波長的偏光之第2光，該第2光會被射入前述預定的光學系統，前述攝像手段具備： 第1攝像手段，藉由對前述預定的光學系統射入前述第1光，可拍攝從前述預定的光學系統射出之前述第1光的輸出光；及第2攝像手段，藉由對前述預定的光學系統射入前述第2光，可拍攝從前述預定的光學系統射出之前述第2光的輸出光。
如上述手段6所示，若利用波長不同的2種光，可擴大測量範圍。更甚者，在第1資料取得手段於測量範圍間隔取得特定區域的複振幅資料之情況下，可達成處理負擔的減輕。
此外，從「第1照射手段」照射的「第1光」係只要為至少含有「第1波長的偏光(第1偏光)」之光即可，然後，亦可為含有於「預定的光學系統」中被去除(cut)的其他多餘成分的光(例如「無偏光」或「圓偏光」)。
同樣地，從「第2照射手段」照射的「第2光」係只要為至少含有「第2波長的偏光(第2偏光)」之光即可，然後，亦可為含有於「預定的光學系統」中被去除之其他多餘成分的光(例如「無偏光」或「圓偏光」)。
又，從「預定的光學系統(特定光學系統)」輸出之「第1光的輸出光」係包含「第1光之參考光及測量光的合成光、或使該合成光干涉的干涉光」，「第2光的輸出光」係包含「第2光之參考光及測量光的合成光、或使該合成光干涉的干涉光」。
手段7.如手段1至6中任一手段之測量裝置，其特徵為前述被測量物係形成有凸塊的晶圓基板。
根據上述手段7，可進行形成於晶圓基板之凸塊的測量。更甚者，能夠在凸塊的檢查中，根據該測量值進行凸塊的良否判定。因此，在該檢查中發揮上述各手段的作用效果，能夠高精度地進行良否判定。結果，能夠謀求凸塊檢查裝置中之檢查精度及檢查效率的提升。
1‧‧‧測量裝置
2A‧‧‧第1投光系統
2B‧‧‧第2投光系統
3‧‧‧干涉光學系統
4A‧‧‧第1攝像系統
4B‧‧‧第2攝像系統
5‧‧‧控制裝置
11A‧‧‧第1發光部
11B‧‧‧第2發光部
12A‧‧‧第1光隔離器
12B‧‧‧第2光隔離器
13A‧‧‧第1無偏光分光器
13B‧‧‧第2無偏光分光器
13Ah‧‧‧接合面
13Bh‧‧‧接合面
20‧‧‧偏光分光器
20a‧‧‧第1面
20b‧‧‧第2面
20c‧‧‧第3面
20d‧‧‧第4面
20h‧‧‧接合面
21、22‧‧‧1/4波長板
23‧‧‧參考面
24‧‧‧設置部
31A‧‧‧1/4波長板
31B‧‧‧1/4波長板
32A‧‧‧第1偏光板
32B‧‧‧第2偏光板
33A‧‧‧第1攝像機
33B‧‧‧第2攝像機
33Aa、33Ba‧‧‧攝像元件
100‧‧‧晶圓基板
101‧‧‧凸塊
102‧‧‧圖案部
V‧‧‧z位置調查區域
W‧‧‧工件
圖1係測量裝置的概略構成圖。
圖2係表示測量裝置的電性構成之方塊圖。
圖3係表示第1光的光路之光路圖。
圖4係表示第2光的光路之光路圖。
圖5係表示測量處理的流程之流程圖。
圖6係用以說明工件與攝像元件的位置關係等之說明圖。
圖7係用以說明工件與攝像元件的位置關係等之說明圖。
圖8係表示形成有凸塊之晶圓基板的側面示意圖。
圖9係用以說明關於凸塊的三維測量之說明圖。
圖10係用以說明關於凸塊的二維測量之說明圖。
用以實施的形態
以下，針對測量裝置的一實施形態，一邊參照圖式一邊進行說明。圖1係顯示本實施形態之測量裝置1的概略構成之示意圖，圖2係顯示測量裝置1的 電性構成之方塊圖。以下，權宜上，以圖1的圖面的前後方向作為「X軸方向」，以圖面的上下方向作為「Y軸方向」，以圖面的左右方向作為「Z軸方向」來進行說明。
測量裝置1乃係根據邁克遜干涉儀(Michelson interferometer)的原理而構成，係具備：作為照射手段的兩組投光系統2A、2B(第1投光系統2A、第2投光系統2B)，係能夠輸出特定波長的光；干涉光學系統3，係射入從該些投光系統2A、2B分別射出的光；作為攝像手段的兩組攝像系統4A、4B(第1攝像系統4A、第2攝像系統4B)，係可拍攝從該干涉光學系統3射出的光；及控制裝置5，係進行與投光系統2A、2B和干涉光學系統3、攝像系統4A、4B等有關的各種控制和圖像處理、運算處理等。
此處，「控制裝置5」係構成本實施形態的「圖像處理手段」，「干涉光學系統3」係構成本實施形態的「預定的光學系統(特定光學系統)」。另外，在本實施形態中，係將以令光的干涉發生(對干涉條紋圖像進行攝像)為目的，而將射入的預定的光分割成兩道光(測量光及參考光)，在讓該兩道光產生光路差後再度合成並予以輸出之光學系統，稱為「干涉光學系統」。亦即，不只將令兩道光在內部發生干涉後以干涉光的形式輸出的光學系統稱為「干涉光學系統」，對於沒有令兩道光在內部發生干涉而是單純以合成光的形式輸出的光學系統亦稱為「干涉光學系統」。因此，如本實施形態之後述，當從 「干涉光學系統」，兩道光(測量光及參考光)沒有發生干涉而是以合成光的形式輸出時，係至少在進行攝像前的階段(例如攝像系統的內部等)，經預定的干涉手段而獲得成干涉光。
首先，針對兩組投光系統2A、2B(第1投光系統2A、第2投光系統2B)的構成，詳細進行說明。第1投光系統2A具備有：第1發光部11A、第1光隔離器12A、第1無偏光分光器13A等。在此，「第1發光部11A」係構成本實施形態的「第1照射手段」。
雖省略了圖示，但第1發光部11A具備有下述等元件：雷射光源，係可輸出特定波長λ1的直線偏光；擴束器(beam expander)，係將從該雷射光源輸出的直線偏光擴大且以平行光的形式而射出；偏光板，係用於進行強度調整；及1/2波長板，係用於調整偏光方向。
在該構成下，本實施形態中，由第1發光部11A，將以相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°之方向設為偏光方向的波長λ1(例如λ1=1500nm)的直線偏光朝Z軸方向左方向射出。此處，「波長λ1」相當於本實施形態的「第1波長」。之後，將從第1發光部11A射出之波長λ1的光稱為「第1光」。
第1光隔離器12A係僅讓朝一方向(在本實施形態中為Z軸方向左方向)行進的光透射、將相反方向(在本實施形態中為Z軸方向右方向)的光遮斷之光學元件。藉此，僅讓從第1發光部11A射出的第1光透射，能夠防止因返回光造成的第1發光部11A的損傷和不穩定化等。
第1無偏光分光器13A係將直角稜鏡(以等邊直角三角形為底面的三角柱狀的稜鏡。以下同樣。)貼合而一體化的方塊(cube)型之週知的光學構件，在其接合面13Ah施行有例如金屬膜等塗布(coating)。「第1無偏光分光器13A」係構成本實施形態之「第1導光手段」。
以下同樣，無偏光分光器乃係連偏光狀態包括在內將入射光以預定的比率分割成透射光與反射光。在本實施形態中係採用具有1：1之分割比的所謂的半鏡。亦即，透射光的P偏光成分及S偏光成分、以及反射光的P偏光成分及S偏光成分，皆以相同的比率分割，並且透射光與反射光的各偏光狀態係與入射光的偏光狀態相同。
此外，本實施形態中，將以平行於圖1的圖面的方向(Y軸方向或Z軸方向)為偏光方向之直線偏光稱為P偏光(P偏光成分)，將以垂直於圖1的圖面的X軸方向為偏光方向之直線偏光稱為S偏光(S偏光成分)。
此外，第1無偏光分光器13A係以夾著其接合面13Ah而相鄰的兩面當中的一面與Y軸方向正交且另一面與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以第1無偏光分光器13A的接合面13Ah相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。更詳言之，以令從第1發光部11A經由第1光隔離器12A朝Z軸方向左方向射入之第1光的一部分(一半)朝Z軸方向左方向透射，令剩下的部分(一半)朝Y軸方向下方向反射之方式配置。
第2投光系統2B係與上述第1投光系統2A同樣，具備有：第2發光部11B、第2光隔離器12B、第2無偏光分光器13B等。此處，「第2發光部11B」係構成本實施形態中之「第2照射手段」。
第2發光部11B係與上述第1發光部11A同樣，具備有下述等元件：可輸出特定波長λ2之直線偏光的雷射光源；將從該雷射光源輸出的直線偏光擴大且以平行光形式射出之擴束器；用以進行強度調整之偏光板：用以調整偏光方向之1/2波長板等。
在該構成下，本實施形態中，由第2發光部11B，將以相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°傾斜之方向設為偏光方向的波長λ2(例如λ2=1503nm)的直線偏光朝Y軸方向上方向射出。在此，「波長λ2」相當於本實施形態的「第2波長」。之後，將從第2發光部11B射出之波長λ2的光稱為「第2光」。
與第1光隔離器12A同樣，第2光隔離器12B係僅讓朝一方向(在本實施形態中為Y軸方向上方向)行進的光透射、將相反方向(在本實施形態中為Y軸方向下方向)的光遮斷之光學元件。藉此，僅讓從第2發光部11B射出之第2光透射，能夠防止因返回光造成的第2發光部11B的損傷和不穩定化等。
第2無偏光分光器13B係與第1無偏光分光器13A同樣，為將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型之週知的光學構件，在其接合面13Bh施行有例如金屬膜等塗布(coating)。「第2無偏光分光器13B」係構成本實施形態的「第2導光手段」。
此外，第2無偏光分光器13B係以夾著其接合面13Bh而相鄰的兩面中的一面與Y軸方向正交且另一面與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以第2無偏光分光器13B的接合面13Bh相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。更詳言之，以令從第2發光部11B經由第2光隔離器12B朝Y軸方向上方向射入之第2光的一部分(一半)朝Y軸方向上方向透射，令剩下的部分(一半分)朝Z軸方向右方向反射之方式配置。
以下，針對上述干涉光學系統3的構成，詳細進行說明。干涉光學系統3具備有：偏光分光器(PBS)20、1/4波長板21、22、參考面23、設置部24等。
偏光分光器20係將直角稜鏡貼合而一體化的方塊型的週知的光學構件，其接合面(交界面)20h係實施有例如介電體多層膜等的塗布。
偏光分光器20係將射入之直線偏光分割成偏光方向彼此正交之兩個偏光成分(P偏光成分與S偏光成分)。本實施形態的偏光分光器20係構成為讓P偏光成分透射、將S偏光成分反射。
偏光分束器20係以夾著其接合面20h相鄰的兩面當中的一面與Y軸方向正交且另一面與Z軸方向正交之方式配置。亦即，以偏光分束器20的接合面20h相對於Y軸方向及Z軸方向傾斜45°之方式配置。
更詳言之，以從上述第1無偏光分光器13A朝Y軸方向下方向反射的第1光射入的偏光分光器20的第1面(Y軸方向上側面)20a、及與該第1面20a相對 向的第3面(Y軸方向下側面)20c係與Y軸方向正交之方式配置。「偏光分光器20的第1面20a」係相當於本實施形態的「第1輸入輸出部」。
另一方面，以與第1面20a夾著接合面20h而相鄰的面、即從上述第2無偏光分光器13B朝Z軸方向右方向反射的第2光所射入的偏光分光器20的第2面(Z軸方向左側面)20b、及與該第2面20b相對向的第4面(Z軸方向右側面)20d係與Z軸方向正交之方式配置。「偏光分光器20的第2面20b」相當於本實施形態的「第2輸入輸出部」。
又，以與偏光分光器20的第3面20c在Y軸方向相對向之方式配置有1/4波長板21，以與該1/4波長板21在Y軸方向相對向之方式配置有參考面23。
1/4波長板21係具有將直線偏光轉換成圓偏光且將圓偏光轉換成直線偏光之功能。亦即，從偏光分光器20的第3面20c射出的直線偏光(參考光)係在透過1/4波長板21轉換成圓偏光後再照射到參考面23。又，在參考面23反射的參考光係再度透過1/4波長板21從圓偏光轉換成直線偏光後，再射入偏光分光器20的第3面20c。
另一方面，以與偏光分光器20的第4面20d在Z軸方向相對向之方式配置有1/4波長板22，以與該1/4波長板22在Z軸方向相對向之方式配置有設置部24。
1/4波長板22具有將直線偏光轉換成圓偏光且將圓偏光轉換成直線偏光之功能。亦即，從偏光分光器20的第4面20d射出的直線偏光(測量光)係在透過1/4波長板22轉換成圓偏光後，再照射於放置於設置部24之作為被測量物的工件W。又，在工件W反射的測量光係再度透過1/4波長板22從圓偏光轉換成直線偏光後，再射入偏光分光器20的第4面20d。
其次，詳細說明關於兩個攝像系統4A、4B(第1攝像系統4A、第2攝像系統4B)的構成。第1攝像系統4A具備有：1/4波長板31A、第1偏光板32A、構成第1攝像手段之第1攝像機33A等。
1/4波長板31A係用以將在Z軸方向左方向透射第2無偏光分光器13B的直線偏光(第1光的參考光成分及測量光成分)分別轉換成圓偏光。
第1偏光板32A係使藉由1/4波長板31A轉換成圓偏光之第1光的各成分選擇性地透射。藉此，可使旋轉方向不同的第1光的參考光成分和測量光成分針對特定的相位發生干涉。「第1偏光板32A」構成本實施形態的「相移手段」及「干涉手段」。
本實施形態的第1偏光板32A係構成可以Z軸方向為軸心旋轉，並且以其透射軸方向逐次變化45°之方式控制。具體而言，透射軸方向係以相對於Y軸方向成為「0°」、「45°」、「90°」、「135°」之方式變化。
藉此，可讓透射第1偏光板32A之第1光的參考光成分及測量光成分在4種相位發生干涉。即， 能夠產生相位逐一相差90°的干涉光。具體而言，能夠產生相位為「0°」的干涉光、相位為「90°」的干涉光、相位為「180°」的干涉光、相位為「270°」的干涉光。
第1攝像機33A係具備有透鏡或攝像元件33Aa(參考圖6)等的週知構成。本實施形態中，以第1攝像機33A的攝像元件33Aa而言，係採用CCD區域感測器。當然，攝像元件33Aa不受此限，例如，亦可採用CMOS區域感測器等。又，以透鏡而言，較佳係使用遠心透鏡(telecentric lenses)。
藉由第1攝像機(a first camera)33A所拍攝的圖像資料，係在第1攝像機33A內部轉換成數位信號後，以數位信號的形式輸入至控制裝置5(圖像資料記憶裝置54)。
具體而言，第1光之相位「0°」的干涉條紋圖像、相位「90°」的干涉條紋圖像、相位「180°」的干涉條紋圖像、相位「270°」的干涉條紋圖像係藉由第1攝像機33A所攝像。
與第1攝像系統4A同樣，第2攝像系統4B具備有：1/4波長板31B、第2偏光板32B、構成第2攝像手段的第2攝像機33B等。
1/4波長板31B係用以將在Y軸方向上方向透射第1無偏光分光器13A的直線偏光(第2光的參考光成分及測量光成分)分別轉換成圓偏光。
與第1偏光板32A同樣地，第2偏光板32B係使藉由1/4波長板31B轉換成圓偏光之第2光的各成 分選擇性地透射。藉此，可使旋轉方向不同的第2光的參考光成分和測量光成分針對特定的相位發生干涉。「第2偏光板32B」係構成本實施形態的「相移手段」及「干涉手段」。
本實施形態的第2偏光板32B係構成為可以Y軸方向為軸心旋轉，並且以其透射軸方向逐次變化45°之方式控制。具體而言，透射軸方向係以相對於X軸方向成為「0°」、「45°」、「90°」、「135°」之方式變化。
藉此，可讓透射第2偏光板32B之第2光的參考光成分及測量光成分在4種相位發生干涉。即，能夠產生相位逐一相差90°的干涉光。具體而言，能夠產生相位為「0°」的干涉光、相位為「90°」的干涉光、相位為「180°」的干涉光、相位為「270°」的干涉光。
第2攝像機33B係與第1攝像機33A同樣具備有透鏡、攝像元件33Ba(參照圖6)等的週知構成。本實施形態中，與第1攝像機33A同樣，係採用CCD區域感測器作為第2攝像機33B的攝像元件33Ba。當然，攝像元件33Ba不受此限，例如亦可採用CMOS區域感測器等。又，以透鏡而言，係以使用遠心透鏡較佳。
與第1攝像機33A同樣，藉由第2攝像機33B所拍攝的圖像資料，係在第2攝像機33B內部轉換成數位信號後，以數位信號的形式輸入控制裝置5(圖像資料記憶裝置54)。
具體而言，第2光之相位「0°」的干涉條紋圖像，相位「90°」的干涉條紋圖像，相位「180°」的 干涉條紋圖像，相位「270°」的干涉條紋圖像係藉由第2攝像機33B所攝像。
在此，針對控制裝置5的電性構成進行說明。如圖2所示，控制裝置5係具備：CPU及輸入輸出介面51，係掌管三維測量裝置1整體的控制；作為「輸入手段」的輸入裝置52，係以鍵盤(keyboard)和滑鼠(mouse)、或觸控面板(touch panel)構成；作為「顯示手段」的顯示裝置53，係具有液晶顯示器螢幕等的顯示螢幕；圖像資料記憶裝置54，係用於依序記憶藉由攝像機33A、33B所拍攝的圖像資料等；運算結果記憶裝置55，係用於記憶各種運算結果；及設定資料記憶裝置56，係預先記憶有各種資訊。另外，上述各裝置52至56係電性連接至CPU及輸入輸出介面51。
接著，針對測量裝置1的作用進行說明。另外，如後述，本實施形態中之第1光及第2光的照射係同時進行，第1光的光路和第2光的光路係以部分重疊，但為了更容易明白，此處係就第1光及第2光的光路使用不同的圖式個別進行說明。
首先，針對第1光的光路，參照圖3進行說明。如圖3所示，波長λ1的第1光(偏光方向為相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°之直線偏光)係從第1發光部11A朝Z軸方向左方向射出。
從第1發光部11A射出的第1光，係通過第1光隔離器12A而射入第1無偏光分光器13A。射入第1無偏光分光器13A之第1光的一部分係朝Z軸方向左方向透射，剩餘的部分係朝Y軸方向下方向反射。
其中，朝Y軸方向下方向反射的第1光(偏光方向相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°的直線偏光)，係射入偏光分光器20的第1面20a。另一方面，朝Z軸方向左方向透射的第1光，係成為捨棄光，而沒有射入任何光學系統等。
此處，只要將成為捨棄光的光依需要利用於波長測量或光的功率(power)測量，便能夠令光源穩定化，甚而謀求測量精度的提升。
關於從偏光分光器20的第1面20a朝Y軸方向下方向射入的第1光，其P偏光成分係朝Y軸方向下方向透射而從第3面20c射出作為參考光，另一方面，其S偏光成分係朝Z軸方向右方向反射而從第4面20d射出作為測量光。
從偏光分光器20的第3面20c射出之第1光的參考光(P偏光)，係藉由通過1/4波長板21轉換成右旋的圓偏光後，於參考面23反射。此處，可維持相對於光的行進方向之旋轉方向。然後，第1光的參考光係在藉由再度通過1/4波長板21，而從右旋的圓偏光轉換成S偏光後再射入偏光分光器20的第3面20c。
另一方面，從偏光分光器20的第4面20d射出之第1光的測量光(S偏光)，係在藉由通過1/4波長板22轉換成左旋的圓偏光後，於工件W反射。此處，可維持相對於光的行進方向之旋轉方向。然後，第1光的測量光係在藉由再度通過1/4波長板22，而從左旋的圓偏光轉換成P偏光後再射入偏光分光器20的第4面20d。
此處，從偏光分光器20的第3面20c再度射入之第1光的參考光(S偏光)係在接合面20h朝Z軸方向左方向反射，另一方面，從第4面20d再度射入之第1光的測量光(P偏光)係在Z軸方向左方向透射接合面20h。接著，合成了第1光的參考光及測量光之狀態的合成光係作為輸出光而從偏光分光器20的第2面20b射出。
從偏光分光器20的第2面20b射出之第1光的合成光(參考光及測量光)，係射入第2無偏光分光器13B。關於朝Z軸方向左方向射入第2無偏光分光器13B之第1光的合成光，其一部分係朝Z軸方向左方向透射，剩餘部分係朝Y軸方向下方向反射。其中，朝Z軸方向左方向透射的合成光(參考光及測量光)係射入第1攝像系統4A。另一方面，朝Y軸方向下方向反射的合成光，其行進係被第2光隔離器12B遮斷，而成為捨棄光。
射入第1攝像系統4A之第1光的合成光(參考光及測量光)，係先藉由1/4波長板31A，而將其參考光成分(S偏光成分)轉換成左旋的圓偏光，將其測量光成分(P偏光成分)轉換成右旋的圓偏光。在此，因左旋的圓偏光和右旋的圓偏光之旋轉方向不同，所以不會發生干涉。
第1光的合成光接著通過第1偏光板32A，藉此其參考光成分與測量光成分係在因應第1偏光板32A之角度的相位發生干涉。此第1光的干涉光係藉由第1攝像機33A所拍攝。
接著，針對第2光的光路，參照圖4進行說明。如圖4所示，波長λ2的第2光(偏光方向為相對於X軸方向及Z軸方向傾斜45°之直線偏光)係從第2發光部11B朝Y軸方向上方向射出。
從第2發光部11B射出的第2光係通過第2光隔離器12B而射入第2無偏光分光器13B。射入第2無偏光分光器13B之第2光的一部分係朝Y軸方向上方向透射，剩餘的部分係朝Z軸方向右方向反射。
其中，朝Z軸方向右方向反射的第2光(偏光方向相對於X軸方向及Y軸方向傾斜45°之直線偏光)，係射入偏光分光器20的第2面20b。另一方面，朝Y軸方向上方向透射的第2光，係成為捨棄光，而沒有射入任何光學系統等。
此處，只要將成為捨棄光的光依需要利用於波長測量或光的功率(power)測量，便能夠令光源穩定化，甚而謀求測量精度的提升。
從偏光分光器20的第2面20b朝Z軸方向右方向射入的第2光，其S偏光成分係朝Y軸方向下方向反射而從第3面20c射出作為參考光，另一方面，其P偏光成分係朝Z軸方向右方向透射而從第4面20d射出作為測量光。
從偏光分光器20的第3面20c射出之第2光的參考光(S偏光)，係藉由通過1/4波長板21轉換成左旋的圓偏光後，於參考面23反射。此處，可維持相對於光的行進方向之旋轉方向。然後，第2光的參考光係 在藉由再度通過1/4波長板21，而從左旋的圓偏光轉換成P偏光後再射入偏光分光器20的第3面20c。
另一方面，從偏光分光器20的第4面20d射出之第2光的測量光(P偏光)，係在藉由通過1/4波長板22轉換成右旋的圓偏光後，於工件W反射。此處，可維持相對於光的行進方向之旋轉方向。然後，第2光的測量光係在藉由再度通過1/4波長板22，而從右旋的圓偏光轉換成S偏光後再度射入偏光分光器20的第4面20d。
此處，從偏光分光器20的第3面20c再度射入之第2光的參考光(P偏光)係朝Y軸方向上方向透射接合面20h，另一方面，從第4面20d再度射入之第2光的測量光(S偏光)係在接合面20h朝Y軸方向上方向反射。接著，合成了第2光的參考光及測量光之狀態的合成光係作為輸出光而從偏光分光器20的第1面20a射出。
從偏光分光器20的第1面20a射出之第2光的合成光(參考光及測量光)，係射入第1無偏光分光器13A。關於朝Y軸方向上方向射入第1無偏光分光器13A之第2光的合成光，其一部分係朝Y軸方向上方向透射，剩餘部分係朝Z軸方向右方向反射。其中，朝Y軸方向上方向透射的合成光(參考光及測量光)係射入第2攝像系統4B。另一方面，朝Z軸方向右方向反射的合成光，其行進係被第1光隔離器12A遮斷，而成為捨棄光。
射入第2攝像系統4B之第2光的合成光(參考光及測量光)，係先藉由1/4波長板31B，而將其參考光成分(P偏光成分)轉換成右旋的圓偏光，將其測量光成分(S偏光成分)轉換成左旋的圓偏光。在此，因左旋的圓偏光和右旋的圓偏光之旋轉方向不同，所以不會發生干涉。
第2光的合成光接著通過第2偏光板32B，藉此其參考光成分與測量光成分係在因應第2偏光板32B之角度的相位發生干涉。此第2光的干涉光係藉由第2攝像機33B所拍攝。
接著，針對藉由控制裝置5所執行之測量處理的程序，一邊參照圖5的流程圖等一邊詳細說明。以下，在說明關於此測量處理之際，係將第1攝像機33A的攝像元件33Aa面、或第2攝像機33B的攝像元件33Ba面設為x-y平面，將以其正交的光軸方向設為z方向來進行說明。當然，此座標系(x、y、z)、與用以說明測量裝置1整體的座標系(X、Y、Z)係為不同的座標系。
首先在步驟S1中，執行取得關於工件W之預定的測量區域之干涉條紋圖像的處理。本實施形態中，在此係取得關於第1光之相位不同的4種干涉條紋圖像、及關於第2光之相位不同的4種干涉條紋圖像。以下，詳細說明。
朝設置部24設置工件W後，將第1攝像系統4A之第1偏光板32A的透射軸方向設定在預定的基準位置(例如「0°」)，並將第2攝像系統4B的第2偏 光板32B的透射軸方向設定在預定的基準位置(例如「0°」)。
接著，從第1投光系統2A照射第1光之同時，從第2投光系統2B照射第2光。其結果，從干涉光學系統3之偏光分光器20的第2面20b射出第1光之合成光(參考光及測量光)的同時，從偏光分光器20的第1面20a射出第2光之合成光(參考光及測量光)。
藉由第1攝像系統4A拍攝從偏光分光器20的第2面20b射出之第1光的合成光之同時，藉由第2攝像系統4B拍攝從偏光分光器20的第1面20a射出之第2光的合成光。
另外，在此，由於第1偏光板32A及第2偏光板32B的透射軸方向係分別設定為「0°」，所以在第1攝像機33A中拍攝第1光之相位「0°」的干涉條紋圖像，在第2攝像機33B中拍攝第2光之相位「0°」的干涉條紋圖像。
在各攝像機33A、33B中分別拍攝所得的圖像資料被輸出至控制裝置5。控制裝置5將所輸入的圖像資料記憶於圖像資料記憶裝置54。
其次，控制裝置5進行第1攝像系統4A的第1偏光板32A、及第2攝像系統4B的第2偏光板32B之切換處理。具體而言，使第1偏光板32A及第2偏光板32B分別轉動變位至透射軸方向成為「45°」的位置為止。
當該切換處理結束時，控制裝置5進行與上述一連串之第一次的攝像處理同樣之第二次的攝像處理。亦即，控制裝置5從第1投光系統2A照射第1光之同時，從第2投光系統2B照射第2光，在藉由第1攝像系統4A拍攝從偏光分光器20的第2面20b射出之第1光的合成光之同時，藉由第2攝像系統4B拍攝從偏光分光器20的第1面20a射出之第2光的合成光。藉此，取得第1光之相位「90°」的干涉條紋圖像，同時，拍攝第2光之相位「90°」的干涉條紋圖像。
之後，重複進行兩次與上述第一次及第二次的攝像處理同樣的攝像處理。亦即，在將第1偏光板32A及第2偏光板32B的透射軸方向設定為「90°」的狀態下進行第三次的攝像處理，取得第1光之相位「180°」的干涉條紋圖像，並且取得第2光之相位「180°」的干涉條紋圖像。
然後，在將第1偏光板32A及第2偏光板32B的透射軸方向設定為「135°」的狀態下進行第四次的攝像處理，取得第1光之相位「270°」的干涉條紋圖像，並且取得第2光之相位「270°」的干涉條紋圖像。
如此，藉由進行4次攝像處理，可取得在進行工件W之預定之測量區域的測量後所需的全部圖像資料(由第1光的4種干涉條紋圖像、及第2光的4種干涉條紋圖像所構成之總共8個干涉條紋圖像)。
接著，在步驟S2中，控制裝置5係執行取得攝像元件33Aa、33Ba面之光的複振幅資料Eo(x,y)之 處理。詳言之，依據記憶於圖像資料記憶裝置54之第1光的4種干涉條紋圖像、及第2光的4種干涉條紋圖像，取得第1光及第2光各自之攝像元件33Aa、33Ba面中之光的複振幅資料Eo(x,y)。
第1光或第2光之4種干涉條紋圖像的同一座標位置(x,y)的干涉條紋強度、即亮度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)，係可以下述的[數學式1]的關係式表示。
此處，△φ(x,y)係代表在座標(x,y)的基於測量光與參考光之光路差的相位差。此外，A(x,y)係代表干涉光的振幅，B(x,y)係代表偏移(bias)。其中，因參考光係均勻，故當將該參考光視為基準時，△φ(x,y)便代表「測量光的相位」，A(x,y)便代表「測量光的振幅」。
因此，到達攝像元件33Aa、33Ba面之測量光的相位△φ(x,y)，係可依據上述[數學式1]的關係式，而以下述[數學式2]的關係式求取。
又，到達攝像元件33Aa、33Ba面之測量光的振幅A(x,y)，係可依據上述[數學式1]的關係式，而以下述[數學式3]的關係式求取。
接著，可由上述相位△φ(x,y)與振幅A(x,y)，依據下述[數學式4]的關係式而算出攝像元件33Aa、33Ba面上之複振幅資料Eo(x,y)。在此，i代表虛數單位。
接著，在步驟S3中，控制裝置5係針對預設於工件W之預定的測量區域內之一部分的特定區域，執行取得z方向複數位置之複振幅資料的處理。藉由執行上述步驟S2、S3之一連串的處理之功能，而構成本實施形態的第1資料取得手段。
此外，「特定區域」係為了事先調查z方向之工件W的位置而任意設定的區域。以下，將此「特定區域」稱為「z位置調查區域V」(參照圖7)。例如，在工件W為如圖8所示之晶圓基板100的情況，可將能夠成為凸塊101的高度測量的基準面之圖案部102設定為z位置調查區域V。
以下，詳細說明步驟S3的處理。首先，說明關於由z方向的預定位置之已知的複振幅資料，取得z方向之不同位置之未知的複振幅資料之方法。
在此，來思考在z方向分離距離d之兩個座標系(x-y座標系與ξ-η座標系)。將x-y座標系設為z=0，將在x-y座標系之已知的光的複振幅資料以Eo(x,y)表示，將與x-y平面分隔距離d之ξ-η平面中的未知光的複振幅資料表示為Eo(ξ,η)時，係成為下述[數學式5]所示的關係。在此，λ表示波長。
針對Eo(ξ,η)解上式，便成為如下之[數學式6]。
本實施形態中，如圖6、7所示，依據在上述步驟S2所取得之攝像元件33Aa、33Ba面中的複振幅 資料Eo(x,y)，針對工件W上的z位置調查區域V，取得與攝像元件33Aa、33Ba面朝z方向分離的距離L分別為L0、L1、L2...Ln之各個位置的複振幅資料EoL0(ξ,η)、EoL1(ξ,η)、...、EoLn(ξ,η)。
接著，在步驟S4中，控制裝置5係針對工件W上的z位置調查區域V，執行取得z方向複數位置之強度(亮度)圖像的處理。藉由執行此步驟S4的處理之功能，構成本實施形態的圖像取得手段。
詳言之，由在上述步驟S3所取得之複振幅資料EoL0(ξ,η)、EoL1(ξ,η)、...、EoLn(ξ,η)分別取得強度圖像。此外，當ξ-η平面的複振幅資料係以Eo(ξ,η)表示時，ξ-η平面的強度圖像I(ξ,η)係可以下述[數學式7]的關係式求取。
數學式7 I(ξ,η)=|E 0 (ξ,η)| 2
接著，在步驟S5中，控制裝置5係執行決定z方向上之工件W的位置之處理。藉由執行此步驟S5的處理的功能，而構成本實施形態的位置決定手段。
詳言之，依據在上述步驟S4中所取得之z位置調查區域V的複數個強度圖像，決定z方向之z位置調查區域V的位置。以下，說明關於由強度圖像的對比(contrast)決定z位置調查區域V的位置之方法。
例如，如圖7所示，在將可存在工件W之z方向預定範圍Q以高度測量的測量範圍間隔進行區 分，並設定從攝像元件33Aa、33Ba面朝向z方向的距離L是分離L0、L1、L2、...、Ln之位置(z=L0、L1、...、Ln)時，針對z方向各位置(z=L0、L1、...、Ln)之z位置調查區域V的強度圖像求得「z位置調查區域V」與「其他部分」之亮度的對比。接著，抽出其中可獲得對比最高的強度圖像之位置(z=Lm)。然後，依據此位置(z=Lm)的複振幅資料EoLm(ξ,η)，進行三維測量，取得z位置調查區域V的高度資訊。據此，藉由「強度圖像的位置資訊(z=Lm)」+「z位置調查區域V的高度資訊」，取得z方向之z位置調查區域V的絕對位置。
此外，作為決定z位置調查區域V的位置之方法，不僅可採用從上述之強度圖像的對比求取之方法，亦可採用其他方法。例如，亦可採用由強度圖像的亮度求取的方法。
在此方法中，係利用亮度圖像實際上在具有物體的面最強之性質。具體而言，在z方向各位置(z=L0、L1、...、Ln)之z位置調查區域V的強度圖像中，求取z位置調查區域V的平均亮度。接著，抽出其中可獲得平均亮度最高的強度圖像之位置(z=Lm)。然後，與上述同樣，依據此位置(z=Lm)的複振幅資料EoLm(ξ,η)，進行三維測量，取得z位置調查區域V的高度資訊。據此，藉由「強度圖像的位置資訊(z=Lm)」+「z位置調查區域V的高度資訊」，取得z方向之z位置調查區域V的絕對位置。
接著，在步驟S6中，控制裝置5係取得在上述步驟S5中所決定之工件W(z位置調查區域V)之z方向位置的測量區域全體的複振幅資料。藉由執行此步驟S6的處理之功能，而構成本實施形態的第2資料取得手段。
接著，在步驟S7，控制裝置5係執行三維測量處理。藉由執行此步驟7的處理之功能，而構成本實施形態的測量執行手段。
詳言之，由在上述步驟S6所獲得之測量區域全體的複振幅資料Eo(ξ,η)，依據下述[數學式8]的關係式，算出測量光的相位φ(ξ,η)與測量光的振幅A(ξ,η)。
測量光的相位φ(ξ,η)，係可藉由下述[數學式9]的關係式求取。
測量光的振幅A(ξ,η)係可藉由下述[數學式10]的關係式求取。
最後，進行相位-高度轉換處理，算出將工件W表面的凹凸形狀以三維表現之高度資訊z(ξ,η)。
高度資訊z(ξ,η)係可藉由下述[數學式11]的關係式算出。
此處，使用波長不同的2種光(波長λ1,λ2)進行測量時，係等同於以該合成波長λ0的光進行測量。而且，其測量範圍會擴大為λ0/2。合成波長λ0係可以下式(M1)表示。
λ0=(λ1×λ2)/(λ2-λ1)...(M1)
其中，設λ2>λ1。
當設例如λ1=1500nm、λ2=1503nm時，從上述式(M1)得到λ0=751.500μm，測量範圍成為λ0/2=375.750μm。
更詳細說明時，本實施形態中，可先根據波長λ1之第1光的4種干涉條紋圖像的亮度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、4(x,y)(參照上述[數學式1])，算出工件W面上之座標(ξ,η)之第1光的測量光的相位φ1(ξ,η)(參照上述[數學式9])。
在第1光的測量下，座標(ξ,η)的高度資訊z(ξ,η)係可以下式(M2)表示。
z(ξ,η)=d1(ξ,η)/2=[λ1×φ1(ξ,η)/4π]+[m1(ξ,η)×λ1/2]...(M2)
其中，d1(ξ,η)係代表第1光之測量光與參考光的光路差，m1(ξ,η)係代表第1光的條紋級序。
因此，相位φ1(ξ,η)係能夠以下式(M2')表示。
φ1(ξ,η)=(4π/λ1)×z(ξ,η)-2πm1(ξ,η)...(M2’)
同樣地，根據波長λ2之第2光的4種干涉條紋圖像的亮度I1(x,y)、I2(x,y)、I3(x,y)、I4(x,y)(參照上述[數學式1])，可算出工件W面上之座標(ξ,η)的第2光之測量光的相位φ2(ξ,η)(參照上述[數學式9]。
在第2光的測量下，座標(ξ,η)的高度資訊z(ξ,η)係可以下式(M3)表示。
z(ξ,η)=d2(ξ,η)/2=[λ2×φ2(ξ,η)/4π]+[m2(ξ,η)×λ2/2]...(M3)
其中，d2(ξ,η)係代表第2光之測量光與參考光的光路差，m2(ξ,η)係代表第2光的條紋級序。
因此，相位φ2(ξ,η)係可以下式(M3')表示。
φ2(ξ,η)=(4π/λ2)×z(ξ,η)-2πm2(ξ,η)...(M3’)
此處，波長λ1之第1光的條紋級序m1(ξ,η)、及波長λ2之第2光的條紋級序m2(ξ,η)，係可根據2種光(波長λ1,λ2)的光路差△d及波長差△λ求取。光路差△d及波長差△λ係可分別表示如下式(M4)、(M5)。
△d=(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π...(M4)
△λ=λ2-λ1...(M5)
其中，設λ2>λ1。
另外，在雙波長之合成波長λ0的測量範圍內，條紋級序m1、m2的關係分成以下三種情況，在各情況中，決定條紋級序m1(ξ,η)、m2(ξ,η)的計算式係不同。在此，例如針對決定條紋級序m1(ξ,η)的情況進行說明。當然，關於條紋級序m2(ξ,η)，也能夠利用同樣的手法求取。
例如當「φ1-φ2<-π」時係成為「m1-m2=-1」，此時，m1係可表示如下式(M6)。
m1=(△d/△λ)-(λ2/△λ)=(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π(λ2-λ1)-λ2/(λ2-λ1)...(M6)
當「-π<φ1-φ2<π」時係成為「m1-m2=0」，此時，m1係可表示如下式(M7)。
m1=△d/△λ=(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π(λ2-λ1)...(M7)
當「φ1-φ2>π」時係成為「m1-m2=+1」，此時，m1係可表示如下式(M8)。
m1=(△d/△λ)+(λ2/△λ)=(λ1×φ1-λ2×φ2)/2π(λ2-λ1)+λ2/(λ2-λ1)...(M8)
可根據如上述獲得的條紋級序m1(ξ,η)或m2(ξ,η)，從上述式(M2)、(M3)獲得高度資訊z(ξ,η)。
例如，在工件W為晶圓基板100(參照圖8、9)且凸塊101為測量對象的情況下，凸塊101相對於屬測量基準面之圖案部102的高度HB，係可藉由從凸塊101的絕對高度ho減去該凸塊101周邊的圖案部102的絕對高度hr來求取〔HB=ho-hr〕。此處，以圖案部102的絕對高度hr而言，係可使用例如圖案部102上之任意一點的絕對高度、圖案部102上之預定範圍的絕對高度的平均值等。又，「凸塊101的絕對高度ho」、「圖案部102的絕對高度hr」係作為高度資訊z(ξ,η)來求取。
又，以此方式求得之工件W的測量結果(高度資訊)係被儲存於控制裝置5的運算結果記憶裝置55。
如以上詳述，本實施形態中，首先最初不是針對工件W的測量區域全體，而是僅針對預設於測量區域內之一部分的z位置調查區域V，取得光軸方向複數位置的複振幅資料，根據此，搜尋並決定聚焦之最適當的工件W(z位置調查區域V)。然後，取得關於此位置之工件W的測量區域全體的複振幅資料，進行該測量區域的測量。
藉此，施加於用以取得在進行測量區域的測量上所需資料的處理之負荷得以減輕，並可縮短該處理所需的時間。結果，可達成測量精度的提升，並可達成測量效率的提升。
再者，本實施形態中，由於係構成為特定工件W(z位置調查區域V)的z方向位置，並取得此位置之測量區域全體的複振幅資料以進行測量，故與僅從按各預定間隔(測量範圍)所取得的複數種的複振幅資料中抽出最合適的資料之構成相比，可取得聚焦於工件W(z位置調查區域V)之最合適且精度良好的資料。結果，可謀求測量精度的進一步提升。
又，本實施形態中，令波長λ1的第1光從偏光分光器20的第1面20a射入，並且令波長λ2的第2光從偏光分光器20的第2面20b射入，藉此，將第1光的參考光及測量光、與第2光的參考光及測量光分別分割成相異的偏光成分(P偏光或S偏光)，故射入偏光分光器20的第1光和第2光係在不會相互干涉的情況下分別從偏光分光器20射出。亦即，不需要使用預定的分離手段將從偏光分光器20射出的光分離為第1光和第2光。
其結果，可使用波長接近的2種光作為第1光及第2光，可將三維測量的測量範圍更加擴大。此外，由於可同時進行第1光之輸出光的攝像、和第2光之輸出光的攝像，故可縮短總體的攝像時間，可謀求測量效率的提升。
此外，不限定於上述實施形態的記載內容，例如，亦可以如下方式實施。無庸贅言，以下當然也可有未例示的其他應用例、變更例。
(a)作為被測量物的工件W，係限定於上述實施形態所例示的晶圓基板100。例如亦可將印刷有焊膏之印刷基板等設為工件W(被測量物)。
又，依據預設之良否的判定基準，亦可構成在設有檢查會成為測量對象之凸塊或焊膏之良否的檢查手段之凸塊檢查裝置或焊劑印刷檢查裝置中，具備測量裝置1。
(b)上述實施形態中，雖未特別言及工件W的預定測量區域，惟亦可依據工件W的大小，將工件W整個區域設定為測量區域，亦可將工件W的一部分設定為測量區域。
例如，上述實施形態中，亦可構成為：將設置工件W的設置部24構成為可變位，將工件W的表面分割成複數個測量區域，一邊依序移動各測量區域一邊進行各測量區域的形狀測量，分成複數次進行工件W整體的形狀測量。
(c)干涉光學系統(預定的光學系統)的構成並不限定於上述實施形態。例如在上述實施形態中，以干涉光學系統而言，係採用邁克遜干涉儀的光學構成，但不限定於此，例如，只要是馬赫-曾德爾干涉儀或菲左干涉儀的光學構成等將入射光分割成參考光與測量光以進行工件W的測量之構成，則亦可採用其他的光學構成。
(d)上述實施形態中，係構成為利用波長不同的兩種光來進行工件W的測量，惟不限定於此，亦可構成為僅利用1種光來進行工件W的測量。
又，在利用波長不同的兩種光之情況下，不限於上述實施形態的構成，亦可與習知的測量裝置同樣，構成為使第1波長光和第2波長光在合成的狀態下 朝干涉光學系統射入，並將由此射出的干涉光藉由預定的光學分離手段(二向分光鏡(dichroic mirror)等)進行波長分離，獲得第1波長光的干涉光與第2波長光的干涉光，根據對各波長光的干涉光個地進行攝像而得的干涉條紋圖像，進行工件W的測量。
又，亦可構成為使從兩個光源射出之波長不同的2種光在重疊的狀態下射入干涉光學系統，且將由此射出的光藉由光學分離手段進行波長分離，將個別拍攝上述各波長的光之干涉光的構成組合於上述實施形態，利用波長不同之3種以上的光來進行工件W的測量。
(e)投光系統2A、2B的構成並不限定於上述實施形態。例如，在上述實施形態中，構成為從第1投光系統2A照射波長λ1=1500nm的光，從第2投光系統2B照射波長λ2=1503nm的光，惟各光的波長並不限定於此。其中，為了擴大測量範圍，係以使兩個光的波長差變得更小較佳。
(f)上述實施形態中，關於第1光及第2光，係分別成為取得相位逐一相差90°的4種干涉條紋圖像之構成，惟相移次數及相移量並受此等所限。例如，亦可作成相位逐一相差120°(或90°)之三種干涉條紋圖像以進行工件W的測量之構成。
(g)上述實施形態中，作為相移手段，係採用將透射軸方向以可變更的方式構成的偏光板32A、32B，惟相移手段的構成並不受限於此。
例如亦可採用藉由壓電元件等令參考面23沿著光軸移動而物理性地使光路長變化的構成。
然而，在此種構成或上述實施形態中，取得測量所需的全部的干涉條紋圖像需要一定時間，所以不只測量時間會變長，還會受到其空氣的晃動或振動等的影響，故有測量精度降低之虞。
對此，例如在第1攝像系統4A中，係構成為具備將透射1/4波長板31A之第1光的合成光(參考光成分及測量光成分)分割成4道光的分光手段(稜鏡等)，並且作為相移手段，係具備對從前述分光手段射出之4道光分別賦予不同的相位差的過濾手段來取代第1偏光板32A，並將透射該過濾手段的4道光藉由第1攝像機33A(或複數個攝像機)同時進行攝像。當然，關於第2攝像系統4B，亦可作成同樣的構成。
若作成此構成，可同時取得測量所需的全部的干涉條紋圖像。亦即，可同時取得2種光之共計8種的干涉條紋圖像。結果，可謀求測量精度之提升，並可大幅縮短總體的攝像時間，而可謀求測量效率的飛躍性提升。
(h)上述實施形態中，係構成為在決定z方向之工件W(z位置調查區域V)的位置之過程中，在高度測量的測量範圍間隔取得複振幅資料等，惟不限定於此，例如亦可構成為在對焦範圍間隔取得複振幅資料等。
(i)上述實施形態中，係構成為根據在步驟S6所得到之測量區域全體的複振幅資料，在步驟S7進 行三維測量。亦可取而代之或另外，構成為根據在步驟S6所得到之測量區域全體的複振幅資料，取得測量區域全體的強度圖像，來進行二維測量。
在步驟S7僅進行二維測量的情況下，可根據此測量結果，例如將成為測量對象之凸塊101(參照圖10)的位置偏移△x、△y、或外徑D、面積S等，與預設的基準值作比較判定，藉由此比較結果是否處於容許範圍內，來進行判定凸塊101的良否之二維檢查。
又，在步驟S7進行二維測量及三維測量兩者的情況下，可依據二維測量(二維檢查)的結果，特定成為測量對象的凸塊101所存在的場所後再進行三維檢查，或對藉由三維測量所獲得的三維資料強度圖像進行映射(mapping)等，來進行組合有複數種測量的綜合性檢查。
(j)上述實施形態中，雖使用具備有透鏡的攝像機，但未必需要透鏡，亦可使用沒有透鏡的攝像機，根據上述實施形態，藉由計算來求得聚焦的圖像。
(k)上述實施形態中，雖係構成為特定工件W(z位置調查區域V)的z方向位置，取得在此位置之測量區域全體的複振幅資料來進行測量，惟取得測量區域全體的複振幅資料之z方向位置並不受限於此。例如，亦可構成為取得可獲得最聚焦的強度圖像之位置(z=Lm)之測量區域全體的複振幅資料來進行測量。
(l)上述實施形態所例示的晶圓基板100中，雖將成為凸塊101的高度測量的基準面之圖案部102 設定為z位置調查區域V，但未必需要z位置調查區域V可成為基準面的部位，亦可為其他部位。
(m)上述實施形態中，雖未特別言及，但亦可作成z位置調查區域V設定於複數部位之構成。由於具有複數個z位置調查區域V，所以應取得測量區域全體的複振幅資料，變得容易找到最適當的位置。
1‧‧‧測量裝置
2A‧‧‧第1投光系統
2B‧‧‧第2投光系統
3‧‧‧干涉光學系統
4A‧‧‧第1攝像系統
4B‧‧‧第2攝像系統
5‧‧‧控制裝置
11A‧‧‧第1發光部
11B‧‧‧第2發光部
12A‧‧‧第1光隔離器
12B‧‧‧第2光隔離器
13A‧‧‧第1無偏光分光器
13B‧‧‧第2無偏光分光器
13Ah‧‧‧接合面
13Bh‧‧‧接合面
20‧‧‧偏光分光器
20a‧‧‧第1面
20b‧‧‧第2面
20c‧‧‧第3面
20d‧‧‧第4面
20h‧‧‧接合面
21‧‧‧1/4波長板
22‧‧‧1/4波長板
23‧‧‧參考面
24‧‧‧設置部
31A‧‧‧1/4波長板
31B‧‧‧1/4波長板
32A‧‧‧第1偏光板
32B‧‧‧第2偏光板
33A‧‧‧第1攝像機
33B‧‧‧第2攝像機
W‧‧‧工件

Claims (14)

  1. 一種測量裝置，其係具備：預定的光學系統，係將射入之預定的光分割成兩道光，可將其中一道光作為測量光照射至被測量物且可將另一道光作為參考光照射至參考面，並且可將該等光再度合成並射出；照射手段，可射出預定的光，該預定的光會被射入前述預定的光學系統；攝像手段，可拍攝從前述預定的光學系統射出的輸出光；及圖像處理手段，可根據藉由前述攝像手段進行攝像所得的干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定的測量區域的測量，前述圖像處理手段具備有：第1資料取得手段，根據藉由前述攝像手段進行攝像所得的干涉條紋圖像，針對預設於前述測量區域內之一部分的特定區域，至少按光軸方向預定範圍內的預定間隔取得複數種光軸方向預定位置的複振幅資料；圖像取得手段，從藉由前述第1資料取得手段所取得之按前述特定區域的前述預定間隔之複數種複振幅資料，取得按前述特定區域之前述預定間隔的複數種強度圖像；位置決定手段，根據藉由前述圖像取得手段所取得的前述複數種強度圖像，決定光軸方向的預定位置； 第2資料取得手段，針對前述測量區域全體取得藉由前述位置決定手段所決定之位置的複振幅資料；及測量執行手段，根據藉由前述第2資料取得手段所取得的複振幅資料，執行前述測量區域的測量。
  2. 如請求項1之測量裝置，其中前述位置決定手段係根據藉由前述圖像取得手段所取得之前述複數種強度圖像，決定前述特定區域的光軸方向位置。
  3. 如請求項2之測量裝置，其中前述特定區域係在進行前述測量區域之光軸方向的測量時成為基準的區域。
  4. 如請求項1之測量裝置，其中前述特定區域係設定於複數部位。
  5. 如請求項2之測量裝置，其中前述特定區域係設定於複數部位。
  6. 如請求項3之測量裝置，其中前述特定區域係設定於複數部位。
  7. 如請求項1之測量裝置，其中具備對前述參考光和前述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，前述圖像處理手段係構成為根據將利用前述相移手段相移成複數種的前述輸出光藉由前述攝像手段進行攝像所得的複數種干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定測量區域的測量。
  8. 如請求項2之測量裝置，其中具備對前述參考光和前述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，前述圖像處理手段係構成為根據將利用前述相移手段相移成複數種的前述輸出光藉由前述攝像手段進行攝像所得的複數種干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定測量區域的測量。
  9. 如請求項3之測量裝置，其中具備對前述參考光和前述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，前述圖像處理手段係構成為根據將利用前述相移手段相移成複數種的前述輸出光藉由前述攝像手段進行攝像所得的複數種干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定測量區域的測量。
  10. 如請求項4之測量裝置，其中具備對前述參考光和前述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，前述圖像處理手段係構成為根據將利用前述相移手段相移成複數種的前述輸出光藉由前述攝像手段進行攝像所得的複數種干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定測量區域的測量。
  11. 如請求項5之測量裝置，其中具備對前述參考光和前述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段， 前述圖像處理手段係構成為根據將利用前述相移手段相移成複數種的前述輸出光藉由前述攝像手段進行攝像所得的複數種干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定測量區域的測量。
  12. 如請求項6之測量裝置，其中具備對前述參考光和前述測量光之間賦予相對的相位差之相移手段，前述圖像處理手段係構成為根據將利用前述相移手段相移成複數種的前述輸出光藉由前述攝像手段進行攝像所得的複數種干涉條紋圖像，執行前述被測量物之預定測量區域的測量。
  13. 如請求項1之測量裝置，其中前述照射手段具備：第1照射手段，可射出包含第1波長的偏光之第1光，該第1光會被射入前述預定的光學系統；及第2照射手段，可射出包含第2波長的偏光之第2光，該第2光會被射入前述預定的光學系統，前述攝像手段具備：第1攝像手段，藉由對前述預定的光學系統射入前述第1光，可拍攝從前述預定的光學系統射出之前述第1光的輸出光；及第2攝像手段，藉由對前述預定的光學系統射入前述第2光，可拍攝從前述預定的光學系統射出之前述第2光的輸出光。
  14. 如請求項1至13中任一項之測量裝置，其中前述被測量物係形成有凸塊之晶圓基板。
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