(57)【要約】【課題】設置環境に変動が生じても、表面形状の測定を高精度に行う。【解決手段】表面検査装置１に、保持部材２（把持部２ａ）と、光学部材６０と、表側第１光源１１と、表側第２光源１２と、ミラー３０と、コリメータレンズ４０と、ミラー５０と、ハーフミラー７０と、ダイクロイックミラー８０と、表側第１撮像部９１と、表側第１撮像部９２と、画像処理プログラムと、を備え、第１波長の光を試料Ｗの表面の一面で反射させる一方で、第２波長の光を把持部２ａの一面側に取付け固定された光学部材６０で反射させ、画像処理プログラムにより、双方から反射された光に基づく輝度データを用いて試料Ｗの表面の形状を算出する。【選択図】図１
2010060539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の試料の表裏面のうち、少なくとも一面に光を照射して、前記試料の少なくとも一面の測定対象領域の形状を測定する表面検査装置であって、
試料を保持する試料保持部と、
前記試料保持部の一面側に取付け固定され、所定の第１波長の光を透過し、且つ、前記第１波長と異なる第２波長の光を反射する光学部材と、
前記第１波長の光と前記第２波長の光を同時に照射する照射部と、
前記照射部から照射され、前記試料の一面で反射した光及び前記光学部材で反射した光を結像する光結像部と、
前記光結像部により結像された前記第１波長の光学像を撮像して画素ごとの第１輝度データを生成する第１撮像部と、
前記光結像部により結像された前記第２波長の光学像を撮像して画素ごとの第２輝度データを生成する第２撮像部と、
前記第１撮像部により生成された第１輝度データ及び前記第２撮像部により生成された第２輝度データに基づいて試料表面の形状を算出する画像処理手段と、を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記画像処理手段は、前記第１撮像部により生成された第１輝度データを前記第２撮像部により生成された第２輝度データに基づいて補正する補正手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記照射部は、
前記第１波長の光を照射する第１照射部と、
前記第２波長の光を照射する第２照射部と、を備え、
前記第１照射部からの前記第１波長の光の照射と前記第２照射部からの前記第２波長の光の照射とを同時に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記光学部材、前記照射部、前記光結像部、前記第１撮像部、前記第２撮像部は、前記試料の表裏面の各々の測定対象領域の形状の測定用に別個に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記光結像部は、前記第１波長の光を透過し、且つ、前記第２波長の光を反射するダイクロイックミラーを備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面の形状を測定する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ウェーハ等の平板状の試料の表面の形状を測定する表面検査装置が知られている。
具体的には、表面検査装置は、試料保持部に保持された試料に対して光を照射する照射部と、試料で反射した光を結像する結像部と、結像された像を撮像して画素ごとの輝度データを生成する撮像部と、この輝度データに基づいて試料表面の形状を算出する画像処理部とを備えている（例えば、特許文献１参照）。そして、試料保持部に保持された試料を入射方向（法線方向）に対して傾斜させて、結像部により結像され撮像部により撮像された光量に応じた像の輝度から試料表面の凹凸部の有無や凹凸部の形状等を算出するようになっている。
【０００３】
ところで、近年、半導体集積回路、メモリの集積度は、飛躍的に高密度化されてきており、集積密度の向上に伴って回路パターンの微細化も行われている。これにより、ウェーハの平坦度の要求が厳しくなってきており、例えば、集積回路用のウェーハにおいては、４５ｎｍ以下の平坦度が要求されている。
また、生産効率の向上のためにウェーハサイズが拡大してきており、例えば、φ４５０ｍｍのウェーハのように、よりサイズの大きいウェーハの表面形状の測定を高精度に行うことができる表面検査装置が望まれている。
【０００４】
また、ウェーハ表裏面に形成される干渉縞を観測し、当該干渉縞の画像に基づいてウェーハ表裏面の平面形状を演算することでウェーハの表裏面の形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−３０７０１１号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８８７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献２記載の発明においては、ウェーハ表面の平坦度の測定をより高精度なものとするために、ウェーハに剛体平板を略平行に近接配置して、空気中を伝搬する振動の影響で被検体が振動するのを防止している。
しかしながら、試料の表面形状の測定に際して、表面検査装置が設置されている環境の変動の影響を受けてしまうといった問題がある。即ち、特許文献２記載の発明は、剛体平板により空気中を伝搬する振動の影響でウェーハが振動するのを防止するものであり、かかる構成によりウェーハ自体に生ずる空気振動等の影響は防止できるが、形状測定装置に備えられたウェーハ以外の構成（例えば、照射部や結像部のレンズ等）の温度変化による熱膨張等の影響によって測定値に誤差が生じる虞がある。
つまり、たとえ上記特許文献２記載の発明によって、ウェーハ自体に発生し得る振動を防止できたとしても、試料の測定の際における、表面検査装置自体の振動の有無、試料保持部の振動の有無、照射部や結像部のレンズの温度変化等によって、表面形状の測定を高精度に行うことができない。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、設置環境に変動が生じても、試料の表面形状の測定をより高精度に行うことができる表面検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明の表面検査装置は、
平板状の試料の表裏面のうち、少なくとも一面に光を照射して、前記試料の少なくとも一面の測定対象領域の形状を測定する表面検査装置であって、試料を保持する試料保持部と、前記試料保持部の一面側に取付け固定され、所定の第１波長の光を透過し、且つ、前記第１波長と異なる第２波長の光を反射する光学部材と、前記第１波長の光と前記第２波長の光を同時に照射する照射部と、前記照射部から照射され、前記試料の一面で反射した光及び前記光学部材で反射した光を結像する光結像部と、前記光結像部により結像された前記第１波長の光学像を撮像して画素ごとの第１輝度データを生成する第１撮像部と、前記光結像部により結像された前記第２波長の光学像を撮像して画素ごとの第２輝度データを生成する第２撮像部と、前記第１撮像部により生成された第１輝度データ及び前記第２撮像部により生成された第２輝度データに基づいて試料表面の形状を算出する画像処理手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の表面検査装置において、前記画像処理手段は、前記第１撮像部により生成された第１輝度データを前記第２撮像部により生成された第２輝度データに基づいて補正する補正手段を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の表面検査装置において、前記照射部は、前記第１波長の光を照射する第１照射部と、前記第２波長の光を照射する第２照射部と、を備え、前記第１照射部からの前記第１波長の光の照射と前記第２照射部からの前記第２波長の光の照射とを同時に行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の表面検査装置において、前記光学部材、前記照射部、前記光結像部、前記第１撮像部、前記第２撮像部は、前記試料の表裏面の各々の測定対象領域の形状の測定用に別個に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４の何れか一項に記載の表面検査装置において、前記光結像部は、前記第１波長の光を透過し、且つ、前記第２波長の光を反射するダイクロイックミラーを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、照射部より同時に照射される第１波長の光及び第２波長の光のうち、第１波長の光を試料の一面で反射させる一方で、第２波長の光を試料保持部の一面側に取付け固定された光学部材で反射させ、双方から反射された光に基づいて生成された第１輝度データ及び第２輝度データを用いて試料表面の形状を算出することができる。即ち、試料保持部に光学部材が取付け固定されているので、当該光学部材で反射された第２波長の光に基づく第２輝度データを考慮して画像処理を行うことができることとなって、試料の表面形状の測定の際に、当該表面検査装置自体の振動、試料保持部の振動、照射部や結像部のレンズの温度変化等が生じた場合であっても、これらの影響を考慮して試料表面の形状を算出することができる。
したがって、設置環境に変動が生じても、試料の表面形状の測定をより高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、発明の範囲は、図示例に限定されない。
図１は、本発明の基本となる表面検査装置の構成図であり、図２は、表面検査装置の制御部、表側撮像部及び裏側撮像部の構成を示すブロック図である。
また、図１における表面検査装置の左右をＸ軸方向、上下をＹ軸方向とする。
【００１４】
表面検査装置１は、ウェーハ等の平板状の試料Ｗの表裏面の形状を測定するものであり、表面の形状を測定する表面測定部１Ａと、裏面の形状を測定する裏面測定部１Ｂとを備えている。
具体的には、表面検査装置１は、図１及び図２に示すように、試料Ｗを保持する保持部材２と、表側光源部１０と、裏側光源部１１０と、第１ミラー２０、１２０と、第２ミラー３０、１３０と、コリメータレンズ４０、１４０と、第３ミラー５０、１５０と、光学部材６０、１６０と、ハーフミラー７０、１７０と、ダイクロイックミラー８０、１８０と、表側撮像部９０と、裏側撮像部１９０と、制御部２００等を備えて構成されている。
このうち、保持部材２と、表側光源部１０と、第１ミラー２０と、第２ミラー３０と、コリメータレンズ４０と、第３ミラー５０と、光学部材６０と、ハーフミラー７０と、ダイクロイックミラー８０と、表側撮像部９０と、制御部２００によって、表面測定部１Ａが構成され、また、保持部材２と、表側光源部１１０と、第１ミラー１２０と、第２ミラー１３０と、コリメータレンズ１４０と、第３ミラー１５０と、光学部材１６０と、ハーフミラー１７０と、ダイクロイックミラー１８０と、裏側撮像部１９０と、制御部２００によって、裏面測定部１Ｂが構成されている。
【００１５】
保持部材２は、試料Ｗの端部を把持する把持部２ａを備えるとともに、光学部材６０、１６０をそれぞれＹ軸方向両端部で取り付け固定している。
把持部２ａは、試料Ｗの表裏面のＹ軸方向両端部を挟み込んで把持する部材であり、試料Ｗを保持する試料保持部として機能している。
【００１６】
表側光源部（照射部）１０は、所定の第１波長の光を照射する表側第１光源（第１照射部）１１と、第１波長と異なる第２波長の光を照射する表側第２光源（第２照射部）１２とを備えて構成され、波長の異なる上記２つの光を同時に第１ミラー２０に向けて照射する。
裏側光源部（照射部）１１０は、表側光源部１０と略同様の構成をなしている。即ち、裏側光源部１１０は、所定の第１波長の光を照射する裏側第１光源（第１照射部）１１１と、第１波長と異なる第２波長の光を照射する裏側第２光源（第２照射部）１１２とを備えて構成され、波長の異なる上記２つの光を同時に第１ミラー１２０に向けて照射する
【００１７】
表側第１光源１１及び裏側第１光源１１１は、例えば、第１波長の光としての赤色光（波長域６００〜７６０ｎｍ程度）を照射するＬＥＤを含んで構成される。
表側第２光源１２及び裏側第２光源１１２は、例えば、第２波長の光としての青色光（波長域４３０〜４６０ｎｍ程度）を照射するＬＥＤを含んで構成される。
【００１８】
なお、表側光源部１０及び裏側光源部１１０は、例えば、それぞれ光ファイバ（図示省略）を備えており、表側第１光源１１及び裏側第１光源１１１より照射された第１波長の光と、表側第２光源１２及び裏側第２光源１１２より照射された第２波長の光を、それぞれの光ファイバに導いて集光した後に、第１ミラー２０、１２０に向けて照射する。
これにより、第１ミラー２０、１２０に対する、表側光源部１０、裏側光源部１１０の照射位置の調整が容易になるとともに、第１波長の光と第２波長の光の間で不慮の光路差等が生じ、後述の画像処理プログラム２０３実行時に、数値誤差等を発生させるのを未然に防止することができる。
【００１９】
第１ミラー２０は、表側光源部１０の表側第１光源１１及び表側第２光源１２よりＹ軸方向上側に同時に照射された第１波長の光及び第２波長の光を第２ミラー３０に向けてＸ軸方向左側に反射させる。
第１ミラー１２０は、裏側光源部１１０の裏側第１光源１１１及び裏側第２光源１１２よりＹ軸方向上側に同時に照射された第１波長の光及び第２波長の光を第２ミラー１３０に向けてＸ軸方向右側に反射させる。
【００２０】
第２ミラー３０、１３０と、コリメータレンズ４０、１４０と、第３ミラー５０、１５０と、ハーフミラー７０、１７０と、ダイクロイックミラー８０、１８０は、それぞれ試料Ｗにて反射する第１波長の光、及び、光学部材６０、１６０にて反射する第２波長の光を結像する光結像部の一部として機能している。
なお、光結像部の構成は、一例であってこれに限定されるものではない。
【００２１】
第２ミラー３０は、第１ミラー２０により反射された第１波長の光及び第２波長の光をコリメータレンズ４０に向けてＹ軸方向下側に反射させる。また、第２ミラー３０は、試料Ｗの表面にて反射してコリメータレンズ４０を透過した第１波長の光及び光学部材６０にて反射してコリメータレンズ４０を透過した第２波長の光をハーフミラー７０に向けてＸ軸方向右側に反射させる。
第２ミラー１３０は、第１ミラー１２０により反射された第１波長の光及び第２波長の光をコリメータレンズ１４０に向けてＹ軸方向下側に反射させる。また、第２ミラー１３０は、試料Ｗの裏面にて反射してコリメータレンズ１４０を透過した第１波長の光及び光学部材１６０にて反射してコリメータレンズ１４０を透過した第２波長の光をハーフミラー１７０に向けてＸ軸方向左側に反射させる。
【００２２】
コリメータレンズ４０は、第２ミラー３０により反射された第１波長の光及び第２波長の光を透過させて平行光にするとともに、試料Ｗの表面にて反射した後、第３ミラー５０により反射された第１波長の光及び光学部材６０にて反射した後、第３ミラー５０により反射された第２波長の光を透過させて所定位置に集光させる。
コリメータレンズ１４０は、第２ミラー１３０により反射された第１波長の光及び第２波長の光を透過させて平行光にするとともに、試料Ｗの裏面にて反射した後、第３ミラー１５０により反射された第１波長の光及び光学部材１６０にて反射した後、第３ミラー１５０により反射された第２波長の光を透過させて所定位置に集光させる。
【００２３】
第３ミラー５０は、コリメータレンズ４０により平行光にされた第１波長の光及び第２波長の光を光学部材６０に向けてＸ軸方向左側に反射させる。また、第３ミラー５０は、試料Ｗの表面にて反射された第１波長の光及び光学部材６０にて反射された第２波長の光をコリメータレンズ４０に向けてＹ軸方向上側に反射させる。
第３ミラー１５０は、コリメータレンズ１４０により平行光にされた第１波長の光及び第２波長の光を光学部材１６０に向けてＸ軸方向右側に反射させる。また、第３ミラー１５０は、試料Ｗの裏面にて反射された第１波長の光及び光学部材１６０にて反射された第２波長の光をコリメータレンズ１４０に向けてＹ軸方向上側に反射させる。
【００２４】
光学部材６０、１６０は、例えば、所定の波長域からなる光を透過させる一方で、異なる波長域からなる光を反射させる光学フィルタを含んで構成される。
具体的には、光学部材６０は、表側光源部１０から照射された光のうち、第１波長の光（例えば、赤色光）を透過させる一方で、第１波長の光と波長の異なる第２波長の光（例えば、青色光）を当該光学部材６０にて反射させて、反射光に照射時と逆向きの光路を辿らせる。
光学部材１６０は、裏側光源部１１０から照射された光のうち、第１波長の光（例えば、赤色光）を透過させる一方で、第１波長の光と波長の異なる第２波長の光（例えば、青色光）を当該光学部材１６０にて反射させて、反射光に照射時と逆向きの光路を辿らせる。
【００２５】
また、光学部材６０、１６０は、保持部材２の把持部２ａの表裏面側にそれぞれ取り付け固定されており、試料Ｗが設置環境等の変動により所定の振動等を行っている場合には試料Ｗと一体となって振動する。
【００２６】
ハーフミラー７０は、第１ミラー２０により反射された第１波長の光及び第２波長の光を透過させる。また、ハーフミラー７０は、試料Ｗの表面にて反射した後、第２ミラー３０により反射された第１波長の光及び光学部材６０にて反射した後、第２ミラー３０により反射された第２波長の光をダイクロイックミラー８０に向けてＹ軸方向下側に反射させる。
ハーフミラー１７０は、第１ミラー１２０により反射された第１波長の光及び第２波長の光を透過させる。また、ハーフミラー１７０は、試料Ｗの裏面にて反射した後、第２ミラー１３０により反射された第１波長の光及び光学部材１６０にて反射した後、第２ミラー１３０により反射された第２波長の光をダイクロイックミラー１８０に向けてＹ軸方向下側に反射させる。
【００２７】
ダイクロイックミラー８０、１８０は、可視光において、任意の波長域の光のみを選択的に反射／透過させ、その他の波長の光は透過／反射させる性質を有するミラーである。
具体的には、ダイクロイックミラー８０は、例えば、ハーフミラー７０により反射された光のうち、第１波長の光を透過させるとともに、第１波長と異なる第２波長の光をＸ軸方向左側に反射させる。
ダイクロイックミラー１８０は、例えば、ハーフミラー１７０により反射された光のうち、第１波長の光を透過させるとともに、第１波長と異なる第２波長の光をＸ軸方向右側に反射させる。
【００２８】
表側撮像部９０は、ダイクロイックミラー８０を透過した第１波長の光が入射される表側第１撮像部９１と、ダイクロイックミラー８０にて反射された第２波長の光が入射される表側第２撮像部９２とを備えて構成される。
裏側撮像部１９０は、表側撮像部９０と略同様の構成をなしている。即ち、裏側撮像部１９０は、ダイクロイックミラー１８０を透過した第１波長の光が入射される裏側第１撮像部１９１と、ダイクロイックミラー１８０にて反射された第２波長の光が入射される裏側第２撮像部１９２とを備えて構成される。
【００２９】
表側第１撮像部９１及び裏側第１撮像部１９１は、例えば、ＣＣＤカメラ等で構成され、光結像部により結像された第１波長の光学像を撮像して、画素ごとの第１輝度データを生成し、後述のＲＡＭ２０２に対して出力する。
表側第２撮像部９２及び裏側第２撮像部１９２は、例えば、ＣＣＤカメラ等で構成され、光結像部により結像された第２波長の光学像を撮像して画素ごとの第２輝度データを生成し、後述のＲＡＭ２０２に対して出力する。
【００３０】
制御部２００は、表側撮像部９０及び裏側撮像部１９０にて生成された輝度データに基づいて画像処理（形状測定）を行うものである。
具体的には、制御部２００は、図２に示すように、ＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、記憶部２０３等を備えて構成され、記憶部２０３に記憶された所定のプログラムが実行されることにより、表面検査装置１の動作制御を行っている。
【００３１】
ＣＰＵ２０１は、記憶部２０３に格納された処理プログラム等を読み出して、ＲＡＭ２０２に展開して実行することにより、表面検査装置１全体の制御を行う。
【００３２】
ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１により実行された処理プログラム等を、ＲＡＭ２０２内のプログラム格納領域に展開するとともに、入力データや上記処理プログラムが実行される際に生じる処理結果等をデータ格納領域に格納する。
【００３３】
記憶部２０３は、例えば、プログラムやデータ等が予め記憶されている記録媒体（図示省略）を有しており、この記録媒体は、半導体メモリ等で構成されている。また、記憶部２０３は、ＣＰＵ２０１が表面検査装置１全体を制御する機能を実現させるための各種データ、画像処理プログラム２０３ａ等の各種処理プログラム及びこれらプログラムの実行により処理されたデータ等を記憶している。
【００３４】
画像処理プログラム２０３ａは、ＣＰＵ２０１に、表側第１撮像部９１、裏側第１撮像部１９１により生成される第１輝度データと、表側第１撮像部９２、裏側第２撮像部１９２により生成される第２輝度データとに基づいて試料表裏面の各々の形状を算出する機能を実現させるためのプログラムである。
具体的には、ＣＰＵ２０１が画像処理プログラム２０３ａを実行すると、試料Ｗの表裏面の各々の形状を表す輝度データであって、試料Ｗの設置環境等の変動を考慮せずに検出される第１波長の光に基づく第１輝度データから、試料Ｗと一体となって振動等する光学部材６０により反射される第２波長の光に基づく第２輝度データを減算し、輝度データの補正を行う。そして、その減算（補正）した結果を測定対象領域の各点における輝度データとすることにより、試料Ｗの設置環境等の変動の影響を低減させることができる。
次いで、その各点における（補正された）輝度データから隣接画素の輝度データとの差を演算し、傾斜方向に沿う１つのライン（データ処理における走査ライン）について、輝度データの分布の１次微分を得る。この１次微分によって求められたデータは測定対象領域の傾斜量を反映しているので、上記１次微分の結果から走査ラインに沿った傾斜分布が求まる。さらに、走査ライン方向について、輝度データの初期位置の画素（通常は端の画素）から各画素までの輝度データを積算し、各位置の積分データを求め、この積分データから得られる回帰曲線と積分データとの差に基づいて測定対象領域の凹凸を求めることができる。
ここで、試料Ｗの裏面形状の算出（補正）にあっては、試料Ｗの裏面形状の測定用に備えられた光学部材１６０等により、裏側第２撮像部１９２によって生成される裏面側の第２輝度データを用いることができるので、例えば、裏面側の第１輝度データに対する上記補正にあたって、裏面側の第２輝度データの代わりに表面側の第２輝度データを使用した際の、第１／第２輝度データ間の位置・角度・時間的な突合せや調整を図る必要が無いため、迅速かつ高精度な画像処理が可能となる。
したがって、ＣＰＵ２０１は、かかる画像処理プログラム２０３ａを実行することで、画像処理手段及び補正手段として機能する。
【００３５】
なお、記憶部２０３は、試料の表裏面形状の測定の際に、表側光源部１０、裏側光源部１１０を左右方向（Ｘ軸方向）や前後方向（ＸＹ軸に直交する方向）に所定量（例えば、１０ｃｍ程度）移動させる機能をＣＰＵ２０１に実現させるプログラムを備えても良い。
つまり、例えば、試料Ｗの測定対象領域が平坦部である場合、表側光源部１０、裏側光源部１１０より照射され、試料Ｗの表裏面で反射する第１波長の光は、照射方向と同じ方向に反射し、表側第１撮像部９１、裏側第１撮像部１９１によって全て受光されるので、その輝度（第１輝度データの輝度）は１００％となる。しかし、測定対象領域に任意の傾き角を備える凸部が存在する場合、その凸部に照射された第１波長の光は、凸部の傾き角に応じて照射方向と異なる方向（表側第１撮像部９１、裏側第１撮像部１９１によって受光されない方向）に反射し、輝度が０％となる場合がある。
そこで、上記のような場合、例えば図３に示されるように、表側光源部１０、裏側光源部１１０を図中矢印の方向に移動させ、第１波長の光の照射位置を所定量（図３の破線位置から実線位置に）ずらすような制御をＣＰＵ２０１に実行させることにより、凸部に照射された第１波長の光が、表側第１撮像部９１、裏側第１撮像部１９１によって全て受光されるようにすることが可能となる。
つまり、上記プログラムの実行により、試料Ｗの表裏面にある、任意の傾斜角を備えた凸凹や傷、パーティクルを検知することが可能となる。
【００３６】
次に、表面検査装置１の動作について説明する。
試料Ｗの表裏面の形状を同時に計測する場合、表面測定部１Ａ及び裏面測定部１Ｂにより同時計測を行う。
【００３７】
具体的には、表面測定部１Ａにおいて、表側光源部１０の表側第１光源１１が第１波長の光を、表側第２光源１２が第２波長の光を同時に照射し、双方の光は第１ミラー２０により第２ミラー３０に向けて反射される。そして、双方の光は第２ミラー３０によりコリメータレンズ４０に向けて反射され、コリメータレンズ４０を透過して平行光となり、第３ミラー５０により光学部材６０に向けて反射される。さらに、光学部材６０に向けて反射された双方の光のうち、第１波長の光は光学部材６０を透過して試料Ｗの表面で反射する一方で、第２波長の光は光学部材６０にて反射する。
次いで、試料Ｗの表面で反射した第１波長の光及び光学部材６０にて反射した第２波長の光は、ハーフミラー７０まで上記入射時と逆の光路を辿る。つまり、双方の反射光は、第３ミラー５０によりコリメータレンズ４０に向けて反射され、コリメータレンズ４０を透過し、第２ミラー３０によりハーフミラー７０に向けて反射される。そして、双方の反射光は、ハーフミラー７０によりダイクロイックミラー８０に向けて反射し、第１波長の光はダイクロイックミラー８０を透過して表側第１撮像部９１に入射されて撮像され、第２波長の光はダイクロイックミラー８０により反射して表側第２撮像部９２に入射されて撮像される。
そして、表側第１撮像部９１は、第１波長の光に基づいて第１輝度データを生成してＲＡＭ２０２に出力し、一方、表側第２撮像部９２は、第２波長の光に基づいて第１輝度データを生成してＲＡＭ２０２に出力する。
【００３８】
一方、裏面測定部１Ｂにおいても、表面測定部１Ａと略同様の動作が同時になされる。
具体的には、裏側光源部１１０の裏側第１光源１１１が第１波長の光を、裏側第２光源１１２が第２波長の光を同時に照射し、双方の光は第１ミラー１２０により第２ミラー１３０に向けて反射される。そして、双方の光は第２ミラー１３０によりコリメータレンズ１４０に向けて反射され、コリメータレンズ１４０を透過して平行光となり、第３ミラー１５０により光学部材１６０に向けて反射される。さらに、光学部材１６０に向けて反射された双方の光のうち、第１波長の光は光学部材１６０を透過して試料Ｗの裏面で反射する一方で、第２波長の光は光学部材１６０にて反射する。
次いで、試料Ｗの裏面で反射した第１波長の光及び光学部材１６０にて反射した第２波長の光は、ハーフミラー１７０まで上記入射時と逆の光路を辿る。つまり、双方の反射光は、第３ミラー１５０によりコリメータレンズ１４０に向けて反射され、コリメータレンズ１４０を透過し、第２ミラー１３０によりハーフミラー１７０に向けて反射される。そして、双方の反射光は、ハーフミラー１７０によりダイクロイックミラー１８０に向けて反射し、第１波長の光はダイクロイックミラー１８０を透過して裏側第１撮像部１９１に入射されて撮像され、第２波長の光はダイクロイックミラー１８０により反射して裏側第２撮像部１９２に入射されて撮像される。
そして、裏側第１撮像部１９１は、第１波長の光に基づいて第１輝度データを生成してＲＡＭ２０２に出力し、一方、裏側第２撮像部１９２は、第２波長の光に基づいて第１輝度データを生成してＲＡＭ２０２に出力する。
【００３９】
その後、ＣＰＵ２０１が画像処理プログラム２０３ａを実行して、表側第１撮像部９１より出力された第１輝度データから表側第１撮像部９２より出力された第２輝度データを減算することで第１輝度データを補正して、当該補正後の第１輝度データに基づいて、試料Ｗの表面の形状を算出する。
同様に、試料Ｗの裏面についても、ＣＰＵ２０１が画像処理プログラム２０３ａを実行して、裏側第１撮像部１９１より出力された第１輝度データから裏側第１撮像部１９２より出力された第２輝度データを減算することで第１輝度データを補正して、当該補正後の第１輝度データに基づいて、試料Ｗの裏面の形状を算出する。
【００４０】
なお、試料Ｗの表裏面の形状を同じタイミングで測定する場合について説明したが、試料Ｗの表面と裏面とを異なるタイミングで測定するようにしても良い。
【００４１】
以上のように、本発明にかかる表面検査装置１によれば、表側光源部１０より同時に照射される第１波長の光及び第２波長の光のうち、第１波長の光を試料Ｗの表面で反射させる一方で、第２波長の光を把持部２ａの一面側に取付け固定された光学部材６０で反射させ、ＣＰＵ２０１が画像処理プログラム２０３を実行することにより、双方から反射された光に基づく輝度データを用いて試料Ｗの表面の形状を算出することができる。
即ち、把持部２ａに光学部材６０が取付け固定されているので、例えば、当該表面検査装置１の設置環境等の変動により試料Ｗが所定の振動等を行っている場合に、光学部材６０と試料Ｗが一体となって振動することから、試料Ｗの設置環境等の変動を考慮せずに検出される第１波長の光に基づく第１輝度データを光学部材６０で反射された第２波長の光に基づく第２輝度データに基づいて補正することができる。従って、試料Ｗの表面形状の測定の際に、当該表面検査装置１自体の振動、把持部２ａの振動、表側光源部１０や結像部のレンズ（例えば、コリメータレンズ４０等）の温度変化等が生じた場合であっても、これらの影響を排除して試料Ｗの表面の形状を適正に算出することができる。
また、試料Ｗの裏面についても、同様に、当該表面検査装置１の設置環境等の変動の影響を排除して試料Ｗの裏面の形状を適正に算出することができる。
つまり、表面検査装置１の設置環境の変動の主たる原因として、各部材を保持するフレーム等の熱膨張や、試料Ｗと表側撮像部９０及び裏側撮像部１９０とが同じ振動でない場合などが考えられる。
ここで、特許文献２記載の発明は、剛体平板によりウェーハ自体に生ずる空気振動等を防止又は軽減するものであるが、測定中にウェーハが振動して当該振動を減衰させるように作用すると測定値に影響を生じさせる虞がある。これに対して、本発明にかかる表面検査装置１によると、試料Ｗの表面形状の測定中に、所定の外乱によって試料Ｗに振動が生じたとしても、把持部２ａにより当該試料Ｗと光学部材６０、１６０が一体となって振動することで当該外乱の影響を排除することができ、これにより、特許文献２記載の発明に比して測定値の誤差を少なくすることができ、試料Ｗの表面形状をより精確に算出することができる。
よって、本発明は、設置環境に変動が生じても、試料Ｗの表面形状の測定をより高精度に行うことができる表面検査装置１であるといえる。
【００４２】
また、表面検査装置１は、試料Ｗの裏面側の測定対象領域の形状の測定用として、裏面測定部１Ｂ、即ち、光学部材１６０と、裏側光源部１１０（裏側第１光源１１１及び裏側第２光源１１２）と、第１ミラー１２０と、第２ミラー１３０と、コリメータレンズ１４０と、第３ミラー１５０と、ハーフミラー１７０と、ダイクロイックミラー１８０と、裏側撮像部１９０（裏側第１撮像部１９１及び裏側第１撮像部１９２）と備えている。
これによって、試料Ｗの表裏面の各々を測定対象とすることができることとなり、表裏面の何れか一方のみを測定対象とする場合に比べて、一層高精度な形状の測定が可能となるのはもちろんのこと、試料Ｗの裏面形状の算出（補正）にあって、輝度データ間の位置・角度・時間的な突合せや調整を図る必要が無いため、迅速かつより高精度な画像処理が可能となる。
【００４３】
また、表面検査装置１は、第１波長の光を透過し、且つ、第２波長の光を反射するダイクロイックミラー８０、１８０を備えている。
これによって、波長の異なる第１波長の光及び第２波長の光のうち、第１波長の光を透過させて表側第１撮像部９１、裏側第１撮像部１９１に入射させる一方で、第２波長の光を反射させて表側第２撮像部９２、裏側第２撮像部１９２に入射させることができるので、より高精度に第１波長の光及び第２波長の光を分離し、確実にその分離した光を表側撮像部９０及び裏側撮像部１９０に入射させることができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、表面検査装置１として、試料の表裏面の測定対象領域の形状を測定するものを例示したが、これに限られるものではなく、試料Ｗの片面側の測定対象領域の形状の測定用の表面測定部１Ａ及び裏面測定部１Ｂのうち、何れか一方を備えるものであっても良い。
即ち、表面測定部１Ａを構成する、光学部材６０と、表側光源部１０（表側第１光源１１及び表側第２光源１２）と、第１ミラー２０と、第２ミラー３０と、コリメータレンズ４０と、第３ミラー５０と、ハーフミラー７０と、ダイクロイックミラー８０と、表側撮像部９０（表側第１撮像部９１及び表側第１撮像部９２）を備えたものであっても当然よい。
【００４５】
また、上記実施形態にあっては、表側光源部１０及び裏側光源部１１０として、第１波長の光と第２波長の光を別々の光源から同時照射させるものを例示したが、表側光源部１０及び裏側光源部１１０の構成はこれに限られるものではなく、第１波長の光と第２波長の光を同時に照射する構成のものであれば如何なるものであっても良い。
即ち、表側光源部１０及び裏側光源部１１０は、必ずしも第１波長の光と第２波長の光を別々の光源から同時照射させる必要はなく、例えば、第１波長の光と第２波長の光が混在した光を照射する光源を備えていても良い。かかる場合であっても、光学部材６０、１６０により、第１波長の光と第２波長の光を分離することができるので、上記構成と同様の効果を発揮することができる。
さらに、例えば、表面検査装置１が表面測定部１Ａのみからなる場合に、試料Ｗの裏面側にのみ光学部材を設け、第１照射部から第１波長の光を試料Ｗの表面側に向けて照射し、当該第１波長の光の照射と同期させて、第２照射部から第２波長の光を試料Ｗの裏面側に向けて光学部材により反射させるように照射する構成であっても良い。
【００４６】
また、上記実施形態では、光学部材６０（１６０）が保持部材２に取付け固定された構成、即ち、光学部材６０（１６０）と試料Ｗを一体とした構成を例示したが、光学部材６０（１６０）は、保持部材２の他に、当該表面検査装置１の表側光源部１０（裏側光源部１１０）以外の各部と一体となるように構成されても良い。つまり、光学部材６０（１６０）と表側光源部１０（裏側光源部１１０）とが一体となって構成されると、表側光源部１０（裏側光源部１１０）から照射される第１波長の光や第２波長の光が振動の影響を受けてしまい、試料Ｗの表面形状の測定の際に、保持部材２の振動の影響を排除することができなくなってしまうためである。
具体的には、例えば、光学部材６０（１６０）は、光結像部の各種ミラーやレンズとも一体となって構成されても良いし、表側撮像部９０（裏側撮像部１９０）とも一体となって構成されても良い。また、表面検査装置１は、例えば、表側光源部１０（裏側光源部１１０）を別体として、それ以外の全てを一体として構成しても良い。
【００４７】
また、表面検査装置１の構成は、上記実施形態に例示したものは一例であり、これに限られるものではない。
さらに、上記実施形態では、画像処理手段、補正手段としての機能を、ＣＰＵ２０１によって画像処理プログラム２０３ａが実行されることにより実現される構成としたが、これに限られるものではなく、例えば、各種機能を実現するためのロジック回路等から構成しても良い。
【００４８】
また、上記実施形態では、第１波長の光として赤色光を、第２波長の光として青色光を例示したが、第１波長の光及び第２波長の光はこれらに限られるものではなく、波長の異なる組合せであれば適宜任意に変更することができる。例えば、第１波長の光が赤色光で変更がない場合、第２波長の光として青色光に代えて緑色光（波長域４９８〜５３０ｎｍ程度）を適用しても良い。
【００４９】
加えて、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の基本となる表面検査装置の構成図である。
【図２】本発明に係る表面検査装置の要部構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る表面検査装置の光源を移動させる場合の、移動前後の状態を示した図である。
【符号の説明】
【００５１】
１              表面検査装置
２              保持部材
２ａ            把持部（試料保持部）
１０            表側光源部（照射部）
１１            表側第１光源（第１照射部）
１２            表側第２光源（第２照射部）
１１０          裏側光源部（照射部）
１１１          裏側第１光源（第１照射部）
１１２          裏側第２光源（第２照射部）
２０、１２０    第１ミラー
３０、１３０    第２ミラー（光結像部）
４０、１４０    コリメータレンズ（光結像部）
５０、１５０    第３ミラー（光結像部）
６０、１６０    光学部材
７０、１７０    ハーフミラー（光結像部）
８０、１８０    ダイクロイックミラー（光結像部）
９０            表側撮像部
９１            表側第１撮像部（第１撮像部）
９２            表側第２撮像部（第２撮像部）
１９０          裏側撮像部
１９１          裏側第１撮像部（第１撮像部）
１９２          裏側第２撮像部（第２撮像部）
２００          制御部
２０１          ＣＰＵ（画像処理手段、補正手段）
２０３ａ        画像処理プログラム（画像処理手段、補正手段）
Ｗ              試料
【図１】
2010060539.tif 000003
【図２】
2010060539.tif 000004
【図３】
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