(57)【要約】【課題】正確に被測定物のエッジ位置を把握し、信頼性の高い表面形状情報を得ることができる表面検査装置を提供すること。【解決手段】被測定物を載置する載置台と、被測定物のエッジに接触させて被測定物を所定位置に位置決めするために前記載置台に取り付けられたガイド部材と、ガイド部材に被測定物のエッジを接触させたときの被測定物の２次元的位置を特定する情報を予め記憶する記憶手段と、被測定物の外周寸法の形状データを入力する入力手段と、記憶手段に記憶された記憶情報と入力手段による形状データとに基づいて被測定物のエッジ位置を定めるエッジ決定手段と、を備える。【選択図】      図２
2004151020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉縞形成用の光学素子と被測定物とにより形成される干渉縞像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された干渉縞像により被測定物の表面形状を解析する解析手段とを備える表面検査装置において、被測定物を載置する載置台と、被測定物のエッジに接触させて被測定物を所定位置に位置決めするために前記載置台に取り付けられたガイド部材と、前記ガイド部材に被測定物のエッジを接触させたときの被測定物の２次元的位置を特定する情報を予め記憶する記憶手段と、被測定物の外周寸法の形状データを入力する入力手段と、前記記憶手段に記憶された記憶情報と前記入力手段による形状データとに基づいて被測定物のエッジ位置を定めるエッジ決定手段と、を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
請求項１の表面検査装置において、前記記憶手段に記憶する被測定物の２次元的位置を特定する情報は、前記ガイド部材と所定の位置関係に付されたマークを前記撮像手段により撮像し、その画像を処理して求められるマーク位置から得ることを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
請求項１の表面検査装置において、前記エッジ決定手段により決定された被測定物のエッジ位置と干渉縞像により求められる被測定物の解析領域との位置関係の情報を出力する出力手段を備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
請求項１の表面検査装置において、前記解析手段による表面形状の解析結果から所定の測定精度が信頼できる領域を決定する測定信頼領域決定手段と、前記エッジ決定手段により決定されたエッジ位置と前記測定信頼領域との位置関係を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の表面形状を検査する表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体ウェハ、光ディスク、磁気ディスク等の薄板においては、その表面の平坦度等が製品の品質に大きく影響する。表面形状の急激な変化は被測定物のエッジ部分に現われやすい。干渉計やモアレ技術で得られる干渉縞を利用して被測定物の表面形状を測定する場合、位相の異なる複数の干渉縞画像を取込み、ソフトウェアにて干渉縞の有無を判断し、閾値処理による境界をエッジとし、その内部を解析領域としていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２２１０３３号公報（第６頁、第４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のエッジ認識方法では、正確なエッジが認識できず、解析領域や測定精度が信頼できる領域が、被測定物のどの領域に当たるのか、正確に知ることができなかった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑み、正確に被測定物のエッジ位置を把握し、信頼性の高い表面形状情報を得ることができる表面検査装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）  干渉縞形成用の光学素子と被測定物とにより形成される干渉縞像を撮像する撮像手段と、該撮像手段により撮像された干渉縞像により被測定物の表面形状を解析する解析手段とを備える表面検査装置において、被測定物を載置する載置台と、被測定物のエッジに接触させて被測定物を所定位置に位置決めするために前記載置台に取り付けられたガイド部材と、前記ガイド部材に被測定物のエッジを接触させたときの被測定物の２次元的位置を特定する情報を予め記憶する記憶手段と、被測定物の外周寸法の形状データを入力する入力手段と、前記記憶手段に記憶された記憶情報と前記入力手段による形状データとに基づいて被測定物のエッジ位置を定めるエッジ決定手段と、を備えることを特徴とする。
（２）  （１）の表面検査装置において、前記記憶手段に記憶する被測定物の２次元的位置を特定する情報は、前記ガイド部材と所定の位置関係に付されたマークを前記撮像手段により撮像し、その画像を処理して求められるマーク位置から得ることを特徴とする。
（３）  （１）の表面検査装置において、前記エッジ決定手段により決定された被測定物のエッジ位置と干渉縞像により求められる被測定物の解析領域との位置関係の情報を出力する出力手段を備えることを特徴とする。
（４）  （１）の表面検査装置において、前記解析手段による表面形状の解析結果から所定の測定精度が信頼できる領域を決定する測定信頼領域決定手段と、前記エッジ決定手段により決定されたエッジ位置と前記測定信頼領域との位置関係を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について一実施形態を挙げ、図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る表面検査装置の要部構成図であり、ここでは斜入射干渉計を例示している。
まず、表面形状測定光学系及び制御系について説明する。測定光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ光源１から出射したレーザ光はエキスパンダレンズ２を通過した後、コリメータレンズ３により平行光束とされプリズム４に入射する。プリズム４の参照面４′はピエゾ素子５によりウェハ６の被測定面６′との距離が８段階変えられ、参照光の位相が変化される。
【０００８】
プリズム４に入射した光の一部は参照面４′を透過して載置台７上に載置された被検ガラス６の被測定面６′で反射し、再びプリズム４を通過して、レンズ９を通り、カメラ１０に向かう。一方、プリズム４に入射した光の内、参照面４′で反射した光はレンズ９を通り、カメラ１０に向かう。被測定面６′で反射した光と参照面４′で反射した光は干渉現象を起こし、カメラ１０で干渉縞が撮像される。撮像された干渉縞は、映像信号として解析装置１１に送信され、表面形状や厚さムラ等の演算解析が行われる。解析装置１１にはキーボードやマウス、測定開始スイッチ等の入力部１１ａ、撮像画像や解析結果を表示するモニタ１２が接続されている。１３は制御部で、レーザ光源１、位置決め用の後述するモータ、ピエゾ素子５等の駆動制御を行う。また、制御部１３にはメモリ１４が接続されている。
【０００９】
被検ガラス６は、図２に示す様に載置台７上に置かれる。２５は被検ガラス６のエッジをＸ方向の基準位置に合わせるガイドである。ガイド２５上には直線状のマーク２６がエッチングにより付けられている。２７、２９はＹ方向の基準位置に合わせるガイドであり、マーク２８、３０が付けられている。尚、ガイド２５、２７、２９につけられたマーク２６、２８、３０の表面と被検ガラス６の表面の高さは等しくなる様に設計されている。
【００１０】
２２は、偏心カムであり、図１に示すモータ２１の軸２１ａに固定されている。制御部１３はモータ２１を回転駆動させることにより、偏心カム２２を回し、被検ガラス６をガイド２５に押し当ててＸ方向の位置決めを行う。同様に、偏心カム２４は、モータ２３の軸２３ａに固定され、Ｙ方向の位置決めを行う。
３１、３２、３３は載置台７とプリズム４の参照面４′の相対位置及び相対角度を調整する調整ネジである。
【００１１】
以上のような構成を備える表面検査装置において、その動作を以下に説明する。
まず、操作者は入力部１１ａのキーボードより被検ガラス６の寸法データ（ａ×ｂ）を入力する。被検ガラス６の寸法データは、設計値や予め実際に測定することにより得られている。寸法データが入力されると、制御部１３は寸法データをメモリ１４に記憶させる。
【００１２】
次に、操作者は被検ガラス６を載置台７に載置して、入力部１１ａの位置決めスイッチを押す。位置決めスイッチが押されると、制御部１３はモータ２１、２３を駆動し、被検ガラス６の側面を偏心カム２２、２４で押し当てる。これにより、図２における被検ガラス６の下側エッジと左側エッジがガイド２５、２７に接触し、被検ガラス６は所定の測定位置に位置する。所定の測定位置に位置決めができたら、制御部１３はモータ２１、２３を先程とは逆方向に回転し、偏心カム２２、２４の被検ガラス６への押し付け力をなくす。偏心カム２２、２４の被検ガラス６への押し付け力をなくすことによって、被検ガラス６に外力がかかってない自然な状態での測定が可能となる。
【００１３】
被検ガラス６のセッティングができた後、参照面４′と被測定面６′、及びガイド２５、２７、２９の表面上で反射した光とにより形成される干渉縞がカメラ１０で撮像され、モニタ１２に干渉縞が映し出される。操作者はマーク２６、２８、３０が付されたガイド２５、２７、２９の干渉縞がよく映るように、調整ネジ３１、３２、３３を回転させて、プリズム４の参照面４′とガイド２５、２７、２９の表面との相対位置及び相対角度を調節する。入力部１１ａのマーク測定スイッチを押すと、ガイド２５、２７、２９上のマーク２６、２８、３０が撮像され、この画像を処理して求められるマーク２６、２８、３０の位置を基にして、撮像画像における被測定物の２次元的位置を特定する情報として基準位置Ａ、Ｂがメモリ１４に記憶される。
【００１４】
基準位置は以下のようにして求められる。図３（ａ）に示すようにガイド２５上のマーク２６を走査ラインＸ１上で撮影した光量は８ステップ分蓄積され、蓄積された光量分布は、図３（ｂ）に示すようになる。マーク２６の部分での光量は少なく、それ以外の部分で光量は多くなる。図３（ｂ）において、マーク２６の光量の谷の部分を水平に横切る線Ｌを引き、線Ｌと光量分布の交点をＰ、Ｑとする。線分ＰＱの長さをｍとすると、ｍ／２の部分をマーク２６の長さ方向の中心線Ｓと定義する。図２に示す中心線Ｓとガイド２５のエッジ２５ａとの距離ｘは予め測定されており、メモリ１４に記憶されている。マーク２８、３０についても同様で、中心線Ｔとガイド２７のエッジ２７ａとの距離ｙは予め測定されており、メモリ１４に記憶されている。制御部１３は、中心線Ｓから距離ｘだけオフセットされた位置をＸ方向の基準線Ｂ、中心線Ｔから距離ｙだけオフセットされた位置をＹ方向の基準線Ａとし、被測定物の２次元的位置を特定する情報としてメモリ１４に記憶させている。
【００１５】
入力部１１ａより入力された被検ガラス６の寸法データ（ａ×ｂ）を基に、制御部１３は、基準線Ｂからｂ寸法で基準線Ｂと平行な線を基準線Ｂ´とする。同様に、基準線Ａからａ寸法で基準線Ａと平行な線を基準線Ａ´とする。そして、撮像画像における基準線Ａ、Ａ´、Ｂ、Ｂ´の位置をエッジ位置として定め、基準線Ａ−Ｂ−Ａ´−Ｂ´で囲まれた領域を被検ガラス６の実在領域Ｕとする。
【００１６】
次に、操作者は被検ガラス６の干渉縞がよく映るように、調整ネジ３１、３２、３３を回転させて、プリズム４の参照面４′と被検ガラス６の被測定面６′との相対位置及び相対角度を調節する。入力部１１ａのワーク測定スイッチを押すと、制御部１３はピエゾ素子５に電圧を印加し、参照面４′と被測定面６′との距離を変化させることで、干渉縞の位相を変化させる。本装置では、位相シフトの数を８ステップで行う。こうして位相が変化した干渉縞像がカメラ１０によって撮像され、各画像データは解析装置１１内のメモリに取り込まれる。
【００１７】
解析装置１１はメモリに取り込んだ位相の異なる複数の干渉縞画像にノイズ除去等の周知の処理を施してコントラスト画像を得た後、閾値処理により解析領域を決定する。そして干渉縞像の位相データを高さデータに変換することによって被測定面６′の表面三次元形状を算出する。解析領域で算出された三次元形状は被測定物のエッジ位置を精度良く知ることができ、安定して信頼性の高い表面形状情報を得ることができる。また、三次元形状は、実在領域Ｕのどこに位置するか関係付けられ、例えば、鳥瞰図や等高線図等でモニタ１２に表示される。検者はエッジからの位置関係を踏まえて被測定面６′の平坦度を評価できる。
【００１８】
上記実施の形態では、入力部１１ａより被検ガラス６の寸法データ（ａ×ｂ）を入力したが、寸法データを入力する代わりに、モータ２１、２３にエンコーダを取り付けて、偏心カム２２、２４の回転角度から被検ガラス６の寸法データを被検ガラス毎に測定し、装置に寸法データを入力してもよい。
【００１９】
上記実施の形態では、被測定物のエッジ位置を定めるために、ガイド２５、２７、２９上に設けられたマーク２６、２８、３０の干渉縞を撮影した。マーク２６、２８、３０の代わりに、被検ガラス６と同じ形状の基準ガラスの周辺部以外の表面に、例えば、ＸＹ方向に直交する十字のラインを引き、この十字ラインをエッジ位置を定めるマークとしてもよい。この場合は、被測定物の測定前に、予め、基準ガラスの十字ラインの干渉縞を撮影し、それを画像処理して十字ラインの位置求める。そして、予め測定しておいた十字ラインのエッジからの距離を基に、撮像画像における被測定物の２次元的位置を特定する情報として基準位置Ａ、Ｂを決め、メモリ１４に記憶する。
【００２０】
また、上記実施の形態では、被検物を四角形のガラス６としたが、被検物はこの形状に限るものではない、例えば、図４に示すように、円形状のウエハ６０であってもよい。円形状のウエハ６０の場合、ガイド２５、２７及びマーク２６、２８は前述と同じものでよい。偏心カム５２、モータ５１も前述の偏心カム２２、モータ２１と同じものでよいが、図４に示す位置に一箇所設けてもよい。
【００２１】
ウエハ６０が載置台５０上に載置された後、偏心カム５２によってウエハ６０は位置決めされる。制御部１３は、予め、マーク２６の中心線Ｓから距離ｘだけオフセットされた位置をＸ方向の基準線Ｄ、マーク２８の中心線Ｔから距離ｙだけオフセットされた位置をＹ方向の基準線Ｃとし、被測定物の２次元的位置を特定する情報としてメモリ１４に記憶している。入力部１１ａより入力されたウエハ６０の寸法データである半径ｒを基に、基準線Ｄからｒ寸法で基準線Ｄと平行な線を基準線Ｄ´とする。同様に、基準線Ｃからｒ寸法で基準線Ａと平行な線を基準線Ｃ´とする。制御部１３は、基準線Ｃ´と基準線Ｄの交点Ｆを中心とした半径ｒ内の領域をウエハ６０の実在領域Ｗとして定義する。解析領域はウエハ６０の実在領域Ｗに決定され、算出された三次元形状は、実在領域Ｗにおいて、鳥瞰図や等高線図等でモニタ１２に表示され、検者はエッジからの位置関係を踏まえてウエハ６０のの平坦度を評価できる。
【００２２】
また、被検査物のエッジ近傍は製造上のダレなどにより平面度が悪く、図５に示すように、中心部に比べ傾斜している。この場合、傾斜の度合が急になってくると、測定精度が信頼できなくなる。
【００２３】
このため、本装置は傾斜の度合から測定の信頼性を判断している。制御部１３は、被測定面の表面三次元形状から表面の傾斜量（平坦度）を測定し、所定の傾斜量以内であれば測定信頼可能領域とする。例えば、図５に示すように、水平距離０．１ｍｍに対して垂直距離０．０２μｍの高低差の傾斜までを信頼できる傾斜量であるとすると、制御部１３は、各ピクセル毎に傾斜量が水平距離０．１ｍｍに対して垂直距離０．０２μｍの高低差以内か否かの判断をし、図６に示すように、モニタ１２上にその結果を表示する。図６において、Ｕは前述のように被検ガラス６の実在領域であり、Ｔは干渉縞画像が得られる解析領域であり、４１は測定信頼可能領域である。従来は干渉計において、被検物のエッジ検出ができなかったため、測定精度が信頼できる領域が測定物のどの位置にあるのか特定できなかった。本装置では、前述の様にガイド２５、２７、２９により被検物のエッジ検出が可能になったため、測定精度が信頼できる領域が被検物のどの位置にあたるのかを、視覚的に把握することができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被測定物のエッジ位置を精度良く知ることができ、信頼性の高い表面形状情報を得ることができる。また、測定結果の信頼性を評価し易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面検査装置の要部構成図である。
【図２】被検ガラスのガイド機構を示す図である。
【図３】ガイドのマーク中心線の求め方を示す図である。
【図４】ウェハのガイド機構を示す図である。。
【図５】被検査物のエッジ近傍を示す図である。
【図６】被検ガラスの実在領域、測定信頼可能領域を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ光源
３  コリメータレンズ
４  プリズム
５  ピエゾ素子
９  レンズ
１０  カメラ
１１  解析装置
１１ａ  入力部
１２  モニタ
１３  制御部
１４  メモリ
２５  ガイド
２６  マーク
２７  ガイド
２８  マーク
２９  ガイド
３０  マーク
【図１】
2004151020.tif 000003
【図２】
2004151020.tif 000004
【図３】
2004151020.tif 000005
【図４】
2004151020.tif 000006
【図５】
2004151020.tif 000007
【図６】
2004151020.tif 000008