TWI395921B - Shape measuring device - Google Patents

Description

形狀測定裝置

本發明係關於：將圓盤狀的測定對象物(主要為半導體晶圓，還有硬碟用鋁基板、玻璃基板等)的施以去角加工後的端部的面(端面)的形狀，根據其投影像來進行測定之形狀測定裝置。

在半導體晶圓(以下稱晶圓)的製造時，或是使用晶圓來製造元件時，晶圓的端部(緣部)可能會和其他零件或是晶圓保持構件接觸而發生受傷、缺口。起因於該受傷和缺口，可能就會造成晶圓的破裂。據信，在該晶圓的端部發生受傷與缺口的容易程度，是和晶圓端面(所謂邊緣輪廓部)的形狀有關。因此，如何正確地測定圓盤狀的測定對象物(以晶圓為代表)的邊緣輪廓是很重要的。又在此所指的端面形狀，係晶圓的厚度方向(一維方向)的輪廓，亦即厚度方向截面的形狀，以下則稱為「邊緣輪廓(edge profile)」。

作為邊緣輪廓的測定方法的代表例，係半導體製造裝置/材料相關的業界團體(Semiconductor Equipment and Materials International:以下稱SEMI)所制定的標準規格之Semi Standard當中規定的非破壞檢查法(SEMI-MF-928-0305規格Method B)。該非破壞檢查法，是對於圓盤狀的晶圓的施以去角加工後的端部，從與該晶圓的表裏各面大致平行的方向(第1方向)進行投射，並從與該投光方向相對向的方向用攝影機來拍攝晶圓端面的投影像，根據該投影像來測定晶圓端面的形狀(以下稱為光投影測定法)。藉由該光投影測定法所獲得的投影像的輪廓，是顯示晶圓端面的截面形狀(沿厚度方向切斷的截面形狀)。

例如，在專利文獻1揭示出，在前述光投影測定法中，讓點光源的出射光通過準直透鏡而使其準直化(平行光化)，再將該光束投射至測定對象物以防止在投影像發生輪廓的模糊或繞射條紋。

如此般，為了利用前述光投影測定法進行更高精度的形狀測定，必須投射與板狀的測定對象物的表裏各面平行的光束。

[專利文獻1]日本特開2006-145487號公報。

然而，準直透鏡，雖然是能有效形成平行光的光學系統，但通過準直透鏡後的光束，並不一定是僅由平行光成分構成的完全的平行光，而可能含有若干的非平行光成分(以下稱為非平行光成分)。

第15圖及第16圖係示意顯示出：在前述光投影測定法中，投射至測定對象物的光束中含有前述非平行光成分的情況的光線路徑。第15圖，係對測定對象物之圓盤狀晶圓1的端部(測定部)的截面，從與該截面垂直的方向(晶圓1的半徑方向)觀察的圖式。第16圖，是對晶圓1的端部(測定部)，從與表裏面垂直的方向觀察的圖式。又在第15圖及第16圖中，R1代表光束對晶圓1的投光方向(平行光成分Lp的方向)。另外，未圖示的攝影機是朝向與投光方向相對向的方向配置，以拍攝晶圓1的投影像。

投射至測定對象物的光束當中，平行光成分Lp，雖能成像出顯示晶圓1正確的輪廓形狀的投影像，但如第15圖及第16圖所示，前述非平行光成分Ln，會直接或是被晶圓1的表面(表裏各面或端面)反射後才射入攝影機，而是構成投影像的輪廓模糊或繞射條紋發生的原因。

另外，即使將投射至晶圓的光束當中的非平行光成分完全除去，只要其投光方向與前述測定對象物的前述測定部的表裏各面的平行度不夠，亦即前述測定部相對於投光方向呈傾斜，前述光投影測定法(根據投影像來進行形狀測定)就可能發生無法進行正確的形狀測定的狀況。特別是像晶圓這種厚度很薄的測定對象物，可能因製造上的偏差或重力等而發生若干的撓曲(彎曲的形狀)，該撓曲就可能造成前述測定部相對於投光方向的傾斜。

第17圖係示意顯示出：在前述光投影測定法中，光束對測定對象物的投光方向R1與測定對象物的測定部的表裏各面之間發生傾斜的情況的光線路徑。第17圖，係對測定對象物之圓盤狀的晶圓1的端部(測定部)的截面，從與該截面垂直的方向(晶圓1的半徑方向)觀察的圖式。

如第17圖所示，在投光方向R1與測定部的表裏各面之間發生傾斜的情況，攝影機所拍攝的投影像，會比本來的投影像更大，或是成為和本來的投影像完全不同的形狀。

因此，本發明是有鑑於上述事情而開發完成者，其目的是提供一種形狀測定裝置，在對半導體晶圓等的圓盤狀的測定對象物的端面形狀根據其投影像來進行測定的情況，讓投射至測定對象物的光束儘量不包含非平行光成分，且能確保投光方向與測定對象物的表裏各面之間的平行狀態以進行正確的形狀測定。

為了達成上述目的之本發明的形狀測定裝置，是用來測定例如半導體晶圓等的圓盤狀的測定對象物的端面形狀，其具備以下(1)~(5)所示的各構成要素，其中(3)~(5)所示的構成要素是(1)所示的投光手段所具備的。

(1)對於例如半導體晶圓等的圓盤狀的測定對象物的端部(一般為施以去角加工後的部分)，亦即測定部，從與前述測定對象物的表裏各面平行的方向投射光束之投光手段。

(2)從與前述投光手段的投光方向相對向的方向拍攝前述測定部的投影像之攝影手段。

(3)點光源。

(4)讓前述點光源的出射光通過並在前述投光方向進行準直化之準直透鏡。

(5)1個或複數個遮罩，用來將從前述準直透鏡朝向前述測定對象物側的光束的一部分的通過予以遮斷，且是將從前述投光方向觀察時比前述攝影手段的攝影範圍的輪廓線更外側的範圍(以下稱攝影外範圍)的光束通過予以遮斷。

另外，前述攝影範圍是指，相當於前述攝影手段的攝影影像的影像區域全體的範圍，亦即，相當於構成形狀測定用的影像處理對象之影像區域全體的範圍。

如第15圖及第16圖所示，在投射至測定對象物的光束中含有非平行光成分的情況，該非平行光成分，在從光源至測定對象物的過程，大多會通過大幅偏離測定對象物的投影像的範圍的位置。因此，藉由前述遮罩，在從前述準直透鏡至前述測定對象物的過程，將位在大幅偏離前述測定對象物的投影像的範圍的位置之光束通過予以遮斷，即可讓投射至前述測定對象物的光束儘量不包含非平行光成分。

另外，在投射至前述測定對象物的光束包含非平行光成分的情況，該非平行光成分的一部分在從前述準直透鏡至測定對象物的過程，從前述投光方向觀察時是通過前述測定對象物的投影像的範圍內的位置，然後到達前述攝影範圍內，這種情形也是想像得到的。

於是，在本發明的形狀測定裝置，前述遮罩，在通過前述準直透鏡而朝向前述測定對象物側的光束當中，將前述投光方向上的前述測定部的投影像的內側一部分的範圍(以下稱投影像內範圍)之光束通過予以遮斷亦可。

再者，前述遮罩，在通過前述準直透鏡而朝向前述測定對象物側的光束當中，將攝影內側緣部範圍(位於前述攝影範圍的輪廓線的內側，且與前述投光方向上的前述測定部的投影像的輪廓線隔著間隔而形成於其外側的範圍)之光束通過予以遮斷亦可。

另外，前述遮罩是具備讓光通過的圓筒形開口部的構件的情況，朝向前述測定對象物的光束，可能會被該開口部的內面反射而產生散射的問題。

於是，前述遮罩，係配置於前述準直透鏡和前述測定對象物之間且具有形成於前述攝影範圍內的開口部之板狀構件，並將該開口部的外側的範圍的光束(亦即到達該開口部所在範圍的外部的光束)的通過予以遮斷亦可。這種遮罩，由於前述開口部的緣部厚度很薄(前述投光方向的尺寸小)，朝向前述測定對象物的光束的反射幾乎不會發生。

另外，作為將前述攝影外範圍、前述投影像內範圍以及前述攝影內側緣部範圍的光束通過予以遮斷之板狀的前述遮罩的具體例，係具有：沿著前述投光方向上的前述測定部的投影像的輪廓線彎曲而形成帶狀的開口部，以將該開口部的外側的範圍之光束通過予以遮斷。

藉此，可從投射至前述測定對象物的光束當中，更確實地除去非平行光成分。

然而，藉由本發明的形狀測定裝置，對於前述測定對象物的周方向之複數部位的前述測定部進行形狀測定的情況，在吸附支承著前述測定對象物的其中一面的中央部的狀態下使其旋轉，藉此來進行前述測定部的定位，如此可高效率地進行測定。

然而，在讓中央部被吸附支承的前述測定對象物進行旋轉的情況，起因於前述測定對象物的撓曲等，投光方向與前述測定部的表裏各面之間的平行度可能成為不足的狀態。如前述般，在前述光投影測定法中，即使從投射至前述測定對象物的光束將非平行光成分完全除去，起因於前述測定對象物的撓曲等，只要投光方向與前述測定部的表裏各面之間的平行度不足，就可能會發生無法進行正確的形狀測定的情況(參照第17圖)。

於是，本發明的形狀測定裝置，較佳為具備以下(6)(7)所示的各構成要素。

(6)藉由吸附它的其中一面的中央部來支承前述測定對象物之中央吸附支承手段。

(7)在相對於被前述中央吸附支承手段所支承之前述測定對象物之前述測定部的中央側的位置，將前述測定對象物的其中一面支承成與前述投光方向平行的平行支承手段。

前述平行支承手段，可矯正前述測定部的表裏各面相對於前述投光方向的傾斜。

依據上述構造的本發明之形狀測定裝置，可高效率地測定前述測定對象物的周方向之複數部位的前述測定部的形狀，且能充分地確保投光方向與前述測定部的表裏各面之間的平行度而進行高精度的形狀測定。

在此，前述平行支承手段之更具體的構造，可採用以下(8)~(10)任一者的構造。

(8)前述平行支承手段，對於前述測定對象物的其中一面，是在與前述投光方向平行的直線上或是平面上的複數個位置進行點接觸，藉此來支承前述測定對象物。以下將該平行支承手段稱為第1平行支承手段。

(9)前述平行支承手段，對於前述測定對象物的其中一面，是沿著與前述投光方向平行的直線進行抵接，藉此來支承前述測定對象物。以下將該平行支承手段稱為第2平行支承手段。

(10)前述平行支承手段，是將前述測定對象物的其中一面，利用與前述投光方向平行的面進行吸附，藉此來支承前述測定對象物。以下將該平行支承手段稱為第3平行支承手段。

依據前述第1平行支承手段，可縮小支承部對前述測定對象物的表面的接觸面積。另一方面，依據前述第3平行支承手段，可縮小支承部對前述測定對象物的表面的接觸壓力(單位面積的緊壓力)。

另外，本發明之形狀測定裝置，若進一步具備以下(11)所示的構成要素則更佳。

(11)使前述平行支承手段相對於前述測定對象物的其中一面進行離開或接觸之平行支承部移動手段。

藉此，為了切換前述測定對象物的前述測定部，在藉由前述中央吸附支承手段施以支承的狀態下讓前述測定對象物旋轉時，前述平行支承手段可退避至遠離前述測定對象物的狀態，而能防止前述測定對象物的損傷。

依據本發明，在對半導體晶圓等的圓盤狀的測定對象物的端面形狀根據其投影像來進行測定的情況，可讓投射至測定對象物的光束儘量不包含非平行光成分，並能確保投光方向與測定對象物的表裏各面之間的平行狀態而進行正確的形狀測定。

以下參照附圖來具體說明本發明的實施形態，以便於理解本發明。又在以下的實施形態，僅是將本發明具體化的一例，並非用來限定本發明的技術範圍。

在此，第1圖係本發明的實施形態的形狀測定裝置X的概略俯視圖；第2圖係形狀測定裝置X的概略側視圖；第3圖係形狀測定裝置X所具備的第1實施例的遮罩的前視圖；第4圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第2實施例的遮罩的開口部；第5圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第3實施例的遮罩的開口部；第6圖係顯示形狀測定裝置X具備第1實施例的遮罩的情況之攝影機的攝影範圍的像；第7圖係顯示形狀測定裝置X具備第2實施例的遮罩的情況之攝影機的攝影範圍的像；第8圖係顯示形狀測定裝置X具備第3實施例的遮罩的情況之攝影機的攝影範圍的像；第9圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第1實施例的平行支承機構Y1的概略構造；第10圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第2實施例的平行支承機構Y2的概略構造；第11圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第3實施例的平行支承機構Y3的概略構造；第12圖係示意顯示形狀測定裝置X的投射於測定對象物的光線路徑的第1圖；第13圖係示意顯示形狀測定裝置X的投射於測定對象物的光線路徑的第2圖；第14圖係形狀測定裝置X所具備的遮罩的開口部的一例之截面圖；第15圖係示意顯示，在光投影測定法中，投射於測定對象物的光束包含非平行光成分的情況之光線路徑的第1圖；第16圖係示意顯示，在光投影測定法中，投射於測定對象物的光束包含非平行光成分的情況之光線路徑的第2圖；第17圖係示意顯示，在光投影測定法中，對於測定對象物的投光方向與測定部的表裏各面之間發生傾斜的情況之光線路徑。

本發明之形狀測定裝置X，係對於圓盤狀的測定對象物的晶圓1(半導體晶圓)之施以去角加工後的端部，從與該晶圓1的表裏各面平行的方向藉由投光部投射光線，並從與該投光方向相對向的方向藉由攝影機7a來拍攝晶圓1的端部(以下稱測定部)的投影像，而根據該投影像來測定晶圓1的端面的形狀和厚度。

晶圓1，例如為半徑150[mm]左右、厚度0.8[mm]左右的矽等的半導體所構成，其外周面(周面)部分被施以去角加工。

以下，參照第1圖所示的俯視圖及第2圖所示的側視圖，來說明形狀測定裝置X的構造。又在第2圖，是將第1圖所示的構成要素的一部分予以省略。

如第1圖及第2圖所示，形狀測定裝置X係具備：投光用的光學系統(投光手段的一例)之投光部(點光源2)、使該點光源2的光線成為平行光之準直透鏡3、遮罩8。

前述點光源2，例如是讓白色LED的光通過直徑300μm~400μm左右的針孔而射出的光源。該點光源2的光線的出射部(針孔)，係配置於準直透鏡3的焦點位置。

前述準直透鏡3，是讓前述點光源2的出射光通過，並朝晶圓1的前述測定部的方向，在與該測定部的表裏兩面平行的方向(投光方向)進行準直化(平行光化)的透鏡。

前述遮罩8，是形成有開口部8o的板狀構件，讓從前述準直透鏡3朝向晶圓1側的光束通過前述開口部8o，藉此將該光束的一部分的通過予以遮斷。其詳細內容隨後說明。又第1圖及第2圖所示的形狀測定裝置X，雖是具備2個前述遮罩8，但也能僅設置1個或設置3個以上的前述遮罩8。

通過前述遮罩8後的平行光的光束，是從與晶圓1的表裏各面平行的方向R1朝晶圓1的包含端面的測定部(緣部)進行投射。

再者，在形狀測定裝置X中，從與對於晶圓1的投光方向R1相對向的方向R2拍攝晶圓1的包含端面的測定部(緣部)的投影像之攝影機7a(相當於攝影手段)，係具備：包括第1透鏡4及第2透鏡6的透鏡部、設置於該透鏡部內之光圈5、影像感測器7(CCD等)。

前述第1透鏡4和第2透鏡6和前述光圈7，係構成遠心透鏡，讓通過其的光線射入影像感測器7，藉由該影像感測器7來拍攝晶圓1的測定部(緣部)的投影像。

前述遮罩8(最接近晶圓1的遮罩)和前述第1透鏡4的間隔(距離)，例如設定成200[mm]左右，晶圓1的緣部是配置在通過其間的光束(平行光)的光路中。

如此般，形狀測定裝置X，藉由將平行光投射至晶圓1，即使晶圓1之沿平行光的光軸方向(投光方向R1)的縱深長度較長，仍可在影像感測器7獲得輪廓的模糊程度小之良好投影像。另外，不是使用干涉性強的單波長光，而是採用具有多波長成分的白色LED所構成的點光源2，如此，即使晶圓1之投光方向R1的縱深長度較長，仍可在影像感測器7獲得在投影像的輪廓附近產生很少的繞射條紋之良好攝影影像。

形狀測定裝置X係進一步具備：中央吸附支承機構9、影像處理裝置10、控制裝置11以及平行支承部21。

影像處理裝置10，是根據影像感測器7所獲得的攝影影像(包含晶圓1的投影像的影像)來實施影像處理的運算裝置，例如是執行預先儲存於其記憶部的既定程式之DSP(數位信號處理器，Digital Signal Processor)、個人電腦等。該影像處理裝置10，是對影像感測器7所獲得的攝影影像(投影像)，實施預定的影像處理，以算出晶圓1的端面形狀的指標值。再者，影像處理裝置10，係依據來自控制裝置11的控制指令，來輸入影像感測器7所獲得的攝影影像(影像資料)，並根據該攝影影像來實施影像處理。

另外，中央吸附支承機構9，係將圓盤狀1的晶圓1以真空吸附它的其中一面(例如下面)的中央部的方式進行支承。再者，中央吸附支承機構9，是使晶圓1以其中央部(中心點Ow)為旋轉軸而沿其周方向進行旋轉驅動或停止，藉此使晶圓1的周方向之任一位置的端部成為前述測定部而位於光束的光路中。中央吸附支承機構9，係具備未圖示的旋轉編碼器來作為用來檢測晶圓1的支承角度(旋轉角度)之角度檢測檢測器，根據其檢測角度來進行晶圓1的支承位置(支承角度)的定位。另外，中央吸附支承機構9，是依據來自控制裝置11的控制指令來進行晶圓1的支承位置的定位。

控制裝置11，係具備CPU及其週邊裝置的計算機，其CPU可執行預先儲存於其記憶部的控制程式，以輸出控制指令而控制影像處理裝置10及中央吸附支承機構9。

接著參照第3圖至第8圖來說明形狀測定裝置X的遮罩8的實施例。第3圖係顯示第1實施例的遮罩81的前視圖，第4圖及第5圖分別係顯示第2實施例及第3實施例之遮罩82、83的開口部8o2、8o3。第6圖至第8圖分別係顯示，具備前述第1實施例~第3實施例的遮罩81~83的情況之前述影像感測器7(攝影機7a)的攝影範圍的像(從方向R2觀察的像)。第3圖~第5圖所示的虛線，是顯示前述測定部的投影像1’的輪廓形狀。第6圖~第8圖的斜線部分，係顯示光束被前述遮罩8(81~83)遮斷的區域。

另外，前述攝影範圍是指，相當於前述攝影機7a所獲得的攝影影像的影像區域全體的範圍，亦即，相當於構成形狀測定用的影像處理對象之影像區域全體(前述影像感測器7所獲得的影像資料的全影像區域)的範圍(第6圖~第8圖之輪廓線71的內側範圍)。

前述第1實施例的遮罩81，其開口部8o1的形狀是形成和前述攝影範圍的輪廓線71的形狀相同的矩形，可將開口部8o1的外側範圍的光束通過予以遮斷。

例如，前述遮罩81的開口部8o1，如第6(a)圖所示，其輪廓線72可以是和前述攝影範圍的輪廓線71一致。這時，前述遮罩81，在從前述準直透鏡3朝向晶圓1側的光束當中，從前述投光方向R1觀察是將比前述攝影機7a的攝影範圍的輪廓線71更外側的範圍，亦即第6圖的斜線區域(以下稱攝影外範圍)的光束通過予以遮斷。

另外，前述遮罩81的開口部8o1，如第6(b)圖所示，其輪廓線71可以位於前述攝影範圍的輪廓線71的內側且位在測定部的投影像1’的外側的範圍。這時，前述遮罩81，係將位於前述攝影範圍的內側且位於前述投光方向R1上的前述測定部的投影像1’的外側的範圍之邊界線(開口部8o1的輪廓線72)的外側範圍的光束通過予以遮斷。

因此，前述遮罩81，在從前述準直透鏡3朝向晶圓1側的光束當中，除了前述攝影外範圍(斜線區域)以外，還能將比前述攝影範圍的輪廓線71更內側的範圍，且與前述投光方向R1上的前述測定部的投影像的輪廓線隔著間隔的範圍，亦即第6(b)圖的縱線區域(前述攝影內側緣部範圍的一例)的光束通過予以遮斷。

另外，前述第2實施例的遮罩82，其開口部8o2(參照第4圖)是形成：與在投光方向R1上的前述測定部的投影像1’的輪廓形狀放大後的形狀(與投影像1’的輪廓形狀相似的形狀)大致相等的輪廓形狀，而將該開口部8o2的外側範圍的光束通過予以遮斷。

例如，前述遮罩82的開口部8o2，如第7(a)(b)圖所示，其輪廓線72位於前述攝影範圍的輪廓線71的內側且位在測定部的投影像1’的外側的範圍。藉此，前述遮罩82，係將位於前述攝影範圍的內側且位於前述投光方向R1上的前述測定部的投影像1’的外側的範圍之邊界線(開口部8o2的輪廓線72)的外側範圍的光束通過予以遮斷。

因此，前述遮罩82，在從前述準直透鏡3朝向晶圓1側的光束當中，除了前述攝影外範圍(斜線區域)以外，還能將比前述攝影範圍的輪廓線71更內側的範圍，且與前述投光方向R1上的前述測定部的投影像1’的輪廓線隔著間隔的範圍，亦即第7(a)(b)圖的縱線區域(以下稱攝影內側緣部範圍)的光束通過予以遮斷。

另外，前述第3實施例的遮罩83，係具有：沿著投光方向R1上的前述測定部的投影像1’的輪廓線而彎曲成U字狀之形成帶狀的開口部8o3(參照第5圖)，而將該開口部8o3的外側範圍的光束通過予以遮斷。

藉此，前述遮罩83，如第8圖所示，在通過前述準直透鏡3而朝向晶圓1側的光束當中，將前述攝影外範圍(斜線區域)、前述攝影內側緣部範圍(縱線區域)、以及前述投光方向R1上的前述測定部的投影像1’的內側的一部分範圍(相當於前述投影像內範圍)等之光束通過予以遮斷。

接著，參照第12圖及第13圖來說明形狀測定裝置X之投射於晶圓1(測定對象物)的光線的路徑。第12圖係對晶圓1的端部(測定部)的截面從與該截面垂直的方向(晶圓1的半徑方向)觀察的圖(第1圖之A-A截面的圖)，第13圖係對晶圓1的端部(測定部)從與其表裏面垂直的方向觀察的圖。

如前述般，在通過前述準直透鏡3後的光束包含非平行光成分Ln的情況，該非平行光成分Ln，在到達晶圓1的過程大多會通過大幅偏離晶圓1的投影像的範圍的位置。然而，在形狀測定裝置X，如第12圖及第13圖所示，藉由前述遮罩8，在從前述準直透鏡3至晶圓1的過程，將位在大幅偏離晶圓1的投影像的範圍的位置之光束通過予以遮斷，因此可讓投射至晶圓1的光束儘量不包含非平行光成分Ln。

另外，通過前述準直透鏡3後的光束所包含的非平行光成分也可能是，在到達晶圓1的過程是通過晶圓1的投影像範圍內的位置，然後偏離晶圓1的位置而到達前述攝影機7a的受光範圍。這種情況也是，只要形狀測定裝置X是具備前述第3實施例的遮罩83，即可從投射至晶圓1的光束更確實地除去非平行光成分Ln。

另外，藉由將複數個前述遮罩8沿著投光方向R1隔著間隔排列，通過前段(投光方向R1的上游側)的遮罩8後之前述非平行光成分Ln，被後段遮罩8遮斷的可能性變高。因此，沿著前述投光方向R1排列複數個前述遮罩8的情況，比起僅設置1個遮罩8的情況，可更確實地除去非平行光成分Ln。

在此，一般而言，複數個前述遮罩8是形成形狀及大小相同的前述開口部8o，且從投光方向R1觀察時是配置成開口部8o完全重疊。然而，複數個前述開口部8o的大小和形狀不同亦可。這時，複數個前述遮罩8，在從投光方向R1觀察時，其等的開口部8o的重疊部分是符合第3圖至第8圖所例示的開口部8o1~8o3的形狀要件。

第14圖係顯示前述遮罩8之包含開口部8o的一部分之投光方向R1上的截面圖的一例。

在第14(a)~(c)圖所示的例子，前述遮罩8之開口部8o緣部之前述投光方向R1上的上游側的面及下游側的面之一方或兩方，係形成錐狀。藉此，前述開口部8o的緣部，在前述投光方向R1的截面是形成頭頂部(虛線框內的部分)的形狀。如第14(a)~(c)圖所示，前述遮罩8的開口部8o的緣部較佳為，前述投光方向R1上的厚度形成極薄，而不在前述投光方向R1上形成平面。藉此可防止：朝向晶圓1的光束通過前述遮罩8的開口部8o時被該緣部反射而對測定造成不良影響。

另外，前述遮罩8可採用：表面實施黑氧皮鋁(alumite)處理的鋁製板狀構件，或是表面實施起毛處理的板狀構件。藉此，可防止被前述遮罩8遮斷後的光束發生反射而對測定造成不良影響。

另外，前述遮罩8也能具備：使前述開口部8o的緣部(遮光部)朝與前述投光方向R1垂直的方向移位的移位機構(例如滑動機構等)。藉此，可按照前述測定部的形狀和大小來改變前述開口部8o的形狀和大小。

另外，也能將1或複數個前述遮罩8，配置在前述準直透鏡3至前述晶圓1的光束的光路中、以及前述晶圓1至前述攝影機7a之光束的光路中雙方。

藉此，到達前述晶圓1之光束一部分的成分，萬一被前述晶圓1的表面反射的情況，仍能防止該反射光混入前述攝影機7a的攝影範圍而對形狀測定造成不良影響。

另外，藉由形狀測定裝置X來對晶圓1的周方向的複數部位的前述測定部進行形狀測定的情況，在藉由前述中央吸附支承機構9吸附支承晶圓1的中央部的狀態下使晶圓1旋轉，藉此來進行晶圓1的定位，即可進行高效率的測定。

然而，如第17圖所示，在起因於晶圓1的撓曲等而使投光方向R1和前述測定部的表裏各面之間的平行度不夠充分的情況，即使從投射至晶圓1的光束將非平行光成分Ln充分除去，可能仍無法進行正確的形狀測定。

於是，前述形狀測定裝置X，係具備包含前述平行支承部21及其移動機構之平行支承機構Y，該平行支承部21，是在相對於藉由前述中央吸附支承機構9所支承之晶圓1的前述測定部的中央側的位置，將晶圓11的一面支承成與投光方向R1平行。

以下，參照第9圖至第11圖來說明形狀測定裝置X所具備的平行支承機構Y的實施例(第1實施例~第3實施例)。

首先，參照第9圖來說明第1實施例的平行支承機構Y1。第9(a)圖，是對支承著晶圓1的狀態之平行支承機構Y1從與投光方向R1相對向的方向R2觀察的圖，第9(b)圖是從與投光方向R1正交的方向(晶圓1的半徑方向)觀察的圖。第9(c)圖，是對離開晶圓1的狀態之平行支承機構Y1從與投光方向R1正交的方向觀察的圖。

平行支承機構Y1之平行支承部21，係在相對於被前述中央吸附支承機構9所支承的晶圓1之前述測定部(第9圖至第11圖之虛線8a所包圍的部分)的中央側的位置，將晶圓1的一面支承成與投光方向R1平行。在此，前述平行支承機構Y1之支承位置，較佳為晶圓1之前述攝影機7a的攝影範圍的外側(接近中央側)。第1實施例的前述平行支承部21，其支承部(前端)形成半球狀，對於晶圓1的一面，在與投光方向R1平行的直線上的複數位置(第9圖的例子為2個位置)進行點接觸，藉此來支承前述測定對象物。該平行支承部21，可矯正前述測定部的表裏各面相對於投光方向R1的傾斜。

例如，前述平行支承部21之與晶圓1的表裏各面垂直的方向上的支承位置，是配置成稍偏離(例如0.1mm~0.2mm左右)前述中央吸附支承機構9的支承位置(吸附部的位置)，藉此來緊壓晶圓1的表面。

只要利用該平行支承部21來支承晶圓1，即可充分地確保投光方向R1與前述測定部的表裏各面之間的平行度而進行高精度的形狀測定。又依據該平行支承部21，可縮小其對晶圓1表面的接觸面積。

另外，前述平行支承部21也能是，對於晶圓1的一面，在與投光方向R1平行的平面上的3個以上的位置進行點接觸，藉此來支承晶圓1(例如進行3點支承)。

另外，平行支承機構Y1係具備：使前述平行支承部21相對於晶圓1的一面(支承面)進行離開或接觸的移動機構(前述平行支承部移動手段的一例)。

前述移動機構，例如是具備支承台22、彈壓構件23、抵接部24及未圖示的致動器。

前述支承台22，係用來固定並支承前述平行支承部21的構件；前述抵接部24，係固定於既定位置而供前述支承台22抵接的部分；前述彈壓構件23(彈簧或橡膠等)，係將前述支承台22朝前述抵接部24的方向彈壓的構件；前述致動器，是按照來自前述控制裝置11的控制指令，來使前述支承台22在朝離開前述抵接部24的方向移位的狀態(反抗前述彈壓構件23的彈壓力而移位的狀態)和解除該移位的狀態之間進行切換。

利用前述彈壓構件23的彈壓力讓前述支承台22抵接於前述抵接部24，藉此使前述平行支承部21的複數個支承部(前端)定位成在與投光方向R1平行的直線上排列。

為了切換晶圓1的前述測定部而藉由前述中央吸附支承機構9讓晶圓1旋轉時，利用該移動機構能使前述平行支承部21退避至離開晶圓1的狀態，而能防止晶圓1的損傷(因接觸平行支承部21所造成)。

以上所說明的移動機構，是利用前述彈壓構件23的彈壓力。然而，前述移動機構，也能利用汽缸或電動缸等的致動器來進行前述平行支承部21的定位，藉此使該平行支承部21相對於晶圓1的一面(支承面)進行離開或接觸。

其次，參照第10圖來說明第2實施例的平行支承機構Y2。該平行支承機構Y2，雖然也具備前述平行支承機構Y1的前述移動機構，但在第10圖是省略該移動機構的記載。又第10(a)圖，是對支承著晶圓1的狀態之平行支承機構Y2從與投光方向R1相對向的方向R2觀察的圖，第10(b)圖是從與投光方向R1正交的方向(晶圓1的半徑方向)觀察的圖。第10(c)圖，是對平行支承機構Y2從與晶圓1的表裏各面垂直的方向觀察的圖。

平行支承機構Y2所具備的平行支承部21’(相當於前述平行支承部21)，其截面呈半圓形的前端部是形成沿著與投光方向R1平行的直線方向延伸的稜線。該平行支承部21’的前端部，是在相對於被前述中央吸附支承機構9所支承的晶圓1之前述測定部的中央側的位置，對晶圓1的一面沿著與投光方向R1平行的直線進行抵接，藉此來支承晶圓1。

利用該平行支承部21’來支承晶圓1，能充分確保投光方向R1與前述測定部的表裏各面之間的平行度而進行高精度的形狀測定。另外，依據該平行支承部21’，可縮小其對晶圓1表面的接觸面積，且能使其對晶圓1表面的接觸壓力(單位面積的緊壓力)變得比較小。

其次，參照第11圖來說明第3實施例的平行支承機構Y3。該平行支承機構Y3，雖然也具備前述平行支承機構Y1的前述移動機構，但在第11圖是省略該移動機構的記載。又第11(a)圖，是對支承著晶圓1的狀態之平行支承機構Y3從與投光方向R1相對向的方向R2觀察的圖，第11(b)圖是從與投光方向R1正交的方向(晶圓1的半徑方向)觀察的圖。第11(c)圖，是對平行支承機構Y3從與晶圓1的表裏各面垂直的方向觀察的圖。

平行支承機構Y3所具備的平行支承部21”(相當於前述平行支承部21)，在其平面狀的前端部設置多數個空氣吸引用的空氣孔21a，在相對於被前述中央吸附支承機構9所支承的晶圓1之前述測定部的中央側的位置，將晶圓1的一面藉由與投光方向R1平行的面進行真空吸附，藉此來支承晶圓1。

利用該平行支承部21”來支承晶圓1，能充分確保投光方向R1與前述測定部的表裏各面之間的平行度而進行高精度的形狀測定。另外，依據該平行支承部21”，可縮小其對其對晶圓1表面的接觸壓力(單位面積的緊壓力)。又由於前述平行支承部21”能強制吸附晶圓1的面，故能發揮更高的晶圓1的傾斜矯正力。

本發明可適用於圓盤狀的測定對象物(主要為半導體晶圓，還包括硬碟用的鋁基板、玻璃基板等)的端面的形狀測定。

X．．．形狀測定裝置

1．．．晶圓

2．．．點光源

3．．．準直透鏡

4．．．第1透鏡

5．．．光圈

6．．．第2透鏡

7．．．影像感測器

7a．．．攝影機

8．．．遮罩

9．．．中央吸附支承機構

10．．．影像處理裝置

11．．．控制裝置

21、21’、21”．．．平行支承部

22．．．支承台

23．．．彈壓構件

24．．．抵接部

第1圖係本發明的實施形態的形狀測定裝置X的概略俯視圖。

第2圖係形狀測定裝置X的概略側視圖。

第3圖係形狀測定裝置X所具備的第1實施例的遮罩的前視圖。

第4圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第2實施例的遮罩的開口部。

第5圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第3實施例的遮罩的開口部。

第6(a)(b)圖係顯示形狀測定裝置X具備第1實施例的遮罩的情況之攝影機的攝影範圍的像。

第7(a)(b)圖係顯示形狀測定裝置X具備第2實施例的遮罩的情況之攝影機的攝影範圍的像。

第8(a)(b)圖係顯示形狀測定裝置X具備第3實施例的遮罩的情況之攝影機的攝影範圍的像。

第9(a)~(c)圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第1實施例的平行支承機構Y1的概略構造。

第10(a)~(c)圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第2實施例的平行支承機構Y2的概略構造。

第11(a)~(c)圖係顯示形狀測定裝置X所具備的第3實施例的平行支承機構Y3的概略構造。

第12圖係示意顯示形狀測定裝置X的投射於測定對象物的光線路徑的第1圖。

第13圖係示意顯示形狀測定裝置X的投射於測定對象物的光線路徑的第2圖。

第14(a)~(c)圖係形狀測定裝置X所具備的遮罩的開口部的一例之截面圖。

第15圖係示意顯示，在光投影測定法中，投射於測定對象物的光束包含非平行光成分的情況之光線路徑的第1圖。

第16圖係示意顯示，在光投影測定法中，投射於測定對象物的光束包含非平行光成分的情況之光線路徑的第2圖。

第17圖係示意顯示，在光投影測定法中，對於測定對象物的投光方向與測定部的表裏各面之間發生傾斜的情況之光線路徑。

1．．．晶圓

2．．．點光源

3．．．準直透鏡

4．．．第1透鏡

5．．．光圈

6．．．第2透鏡

7．．．影像感測器

7a．．．攝影機

8．．．遮罩

8o．．．開口部

9．．．中央吸附支承機構

10．．．影像處理裝置

11．．．控制裝置

21．．．平行支承部

Lp．．．平行光成分

Ow．．．晶圓的中心點

R1．．．投光方向

R2．．．與投光方向

R1．．．相對向的方向

X．．．形狀測定裝置

Claims (5)

1. 一種形狀測定裝置，其特徵在於：係具備：對於圓盤狀的測定對象物的端部、即測定部從與前述測定對象物的表裏各面平行的方向投射光束之投光手段、從與該投光方向相對向的方向拍攝前述測定部的投影像之攝影手段、中央吸附支承手段以及平行支承手段；該中央吸附支承手段，是藉由吸附它的其中一面的中央部來支承前述測定對象物；該平行支承手段，是在相對於被前述中央吸附支承手段所支承的前述測定對象物之前述測定部的中央側的位置，將前述測定對象物的其中一面支承成與前述投光方向平行；前述投光手段係具備：點光源、讓前述點光源的出射光通過並在前述投光方向進行準直化之準直透鏡、1個或複數個遮罩，用來將從前述準直透鏡朝向前述測定對象物側的光束的一部分的通過予以遮斷，且是將從前述投光方向觀察時比前述攝影手段的攝影範圍的輪廓線更外側的範圍、即攝影外範圍的光束通過予以遮斷；根據前述攝影手段所獲得的前述投影像來測定前述測 定對象物的端面的形狀。
2. 如申請專利範圍第1項記載之形狀測定裝置，其中，前述平行支承手段，是對前述測定對象物的其中一面，在與前述投光方向平行的直線上或平面上的複數個位置進行點接觸，藉此來支承前述測定對象物。
3. 如申請專利範圍第1項記載之形狀測定裝置，其中，前述平行支承手段，是對前述測定對象物的其中一面，沿著與前述投光方向平行的直線進行抵接，藉此來支承前述測定對象物。
4. 如申請專利範圍第1項記載之形狀測定裝置，其中，前述平行支承手段，是將前述測定對象物的其中一面利用與前述投光方向平行的面進行吸附，藉此來支承前述測定對象物。
5. 如申請專利範圍第1項記載之形狀測定裝置，其中，係具備使前述平行支承手段相對於前述測定對象物的其中一面進行離開或接觸之平行支承部移動手段。