(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインセンサを有し、検査対象となる物体表面を前記ラインセンサの延びる方向と直交する方向に走査しつつ前記ラインセンサから画素毎の濃淡信号を出力するようにした撮像ユニットと、
前記撮像ユニットの前記ラインセンサからの濃淡信号を処理する処理ユニットとを有し、
前記処理ユニットは、前記ラインセンサからの濃淡信号に基づいて画素濃淡値を取得する手段と、
前記検査対象となる物体表面について取得された全画素濃淡値に基づいて前記物体表面の走査方向における濃淡状態を表す濃淡状態情報を検査対象の前記物体表面の粗さを表す情報として生成する濃淡状態生成手段とを有し、
前記濃淡状態生成手段は、異なる数の走査ライン分の複数のウィンドウを用い、各ウィンドウを前記物体表面に対する走査方向にずらしつつ各走査位置での各ウィンドウの全画素濃淡値に基づいて当該ウィンドウを代表するエリア濃淡値を演算する演算手段を有し、
各走査位置と、その走査位置で設定された各ウィンドウに対して得られるエリア濃淡値とを対応づけて表す、濃淡についての複数のプロファイル情報を前記濃淡状態情報として生成することを特徴とする面粗さ検査装置。
【請求項２】
前記処理ユニットは、前記複数のプロファイル情報に基づいて前記物体表面の走査方向における濃淡の複数のプロファイルを表示ユニットに表示させる表示制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の面粗さ検査装置。
【請求項３】
前記処理ユニットは、前記濃淡状態情報に基づいて前記物体表面の粗さを判定する判定手段を有することを特徴とする請求項１記載の面粗さ検査装置。
【請求項４】
前記演算手段は、前記ウィンドウ内の全画素濃淡値の総和をエリア濃淡値として演算することを特徴とする請求項１記載の面粗さ検査装置。
【請求項５】
前記ウィンドウの前記走査方向の幅を設定するウィンドウ設定手段を有することを特徴とする請求項１記載の面粗さ検査装置。
【請求項６】
検査対象となる物体は半導体ウエーハであって、前記ラインセンサは、前記半導体ウエーハの面に略垂直な方向に延びるように配置され、前記半導体ウエーハをその面に垂直な軸を中心に回転させることにより前記半導体ウエーハの周端面を走査することを特徴とする請求項１記載の面粗さ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハの周端面等の検査対象となる物体表面の粗さを検出する面粗さ検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、検査対象となる物体表面の粗さを検出する面粗さ検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の検査装置では、レーザ光が検査対象となる物体表面に照射され、その物体表面にて散乱して反射するレーザ光量が測定される。そして、その測定量に基づいて前記物体表面の面の粗さを表す情報が生成される。このような検査装置によれば、半導体ウエーハ等の面の粗さを客観的に検査することができるようになる。
【特許文献１】特開平６−２４４２６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の検査装置は、半導体ウエーハの面のような平坦な面を検査対象とするものであり、半導体ウエーハの周端面のような曲率をもった面を検査対象とした場合、適切な検査が難しい。例えば、半導体ウエーハの周端面を検査対象とした場合、レーザスポットの径は少なくともその半導体ウエーハの厚さ（約７００μｍ〜２ｍｍ程度）程度に設定しなければならないが、そのようにレーザスポットの径を設定すると、周端面の湾曲の度合に影響されてその周端面でのレーザ散乱光を適確に受光することができない。そのため、受光素子の感度を調整する等、測定条件を適宜変更しないと適確なデータを取得することができない。【０００４】
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたもので、検査対象となる物体表面が湾曲した面であっても適切な検査を行ない得る面粗さ検査装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る面粗さ検査装置は、ラインセンサを有し、検査対象となる物体表面を前記ラインセンサの延びる方向と直交する方向に走査しつつ前記ラインセンサから画素毎の濃淡信号を出力するようにした撮像ユニットと、前記撮像ユニットの前記ラインセンサからの濃淡信号を処理する処理ユニットとを有し、前記処理ユニットは、前記ラインセンサからの濃淡信号に基づいて画素濃淡値を取得する手段と、前記検査対象となる物体表面について取得された全画素濃淡値に基づいて前記物体表面の走査方向における濃淡状態を表す濃淡状態情報を検査対象の前記物体表面の粗さを表す情報として生成する濃淡状態生成手段とを有し、前記濃淡状態生成手段は、異なる数の走査ライン分の複数のウィンドウを用い、各ウィンドウを前記物体表面に対する走査方向にずらしつつ各走査位置での各ウィンドウの全画素濃淡値に基づいて当該ウィンドウを代表するエリア濃淡値を演算する演算手段を有し、各走査位置と、その走査位置で設定された各ウィンドウに対して得られるエリア濃淡値とを対応づけて表す、濃淡についての複数のプロファイル情報を前記濃淡状態情報として生成する構成となる。
【０００６】
このような構成により、ラインセンサの幅は極めて小さいので、検査対象となる物体表面が湾曲していても、物体表面の湾曲方向とラインセンサの向きとを適切に設定することにより、物体表面の湾曲の度合の影響を極力なくした状態でラインセンサがその延びる方向と直交する方向に前記物体表面を走査し得るようになる。そして、そのラインセンサ（撮像ユニット）が前記物体表面を走査する際に当該ラインセンサから出力される濃淡信号に基づいて画素毎に画素濃淡値が取得され、前記物体表面について取得された全画素濃淡値に基づいて前記物体表面の走査方向における濃淡状態を表す濃淡状態情報が生成される。前記物体表面の局部的な面の向きや凹凸等によってラインセンサから出力される濃淡信号のレベルが変化することから、そのようなラインセンサからの濃淡信号に基づいて得られる前記濃淡状態情報は、検査対象となる物体表面の前記走査方向における粗さ状態を表し得るものとなる。【０００７】
また、本発明に係る面粗さ検査装置において、前記処理ユニットは、前記複数のプロファイル情報に基づいて前記物体表面の走査方向における濃淡の複数のプロファイルを表示ユニットに表示させる表示制御手段を有する構成とすることができる。
【０００８】
このような構成により、表示ユニットに物体表面の走査方向における濃淡のプロファイルが表示されるので、オペレータは、そのプロファイルを見て、前記物体表面の前記走査方向における粗さを判断することができるようになる。【０００９】
また、本発明に係る面粗さ検査装置において、前記処理ユニットは、前記濃淡状態情報に基づいて前記物体表面の粗さを判定する判定手段を有する構成とすることができる。【００１０】
このような構成により、検査対象となる物体表面のラインセンサによる走査方向における粗さ状態を表し得る濃淡状態情報に基づいて前記物体表面の粗さが判定されるので、その判定結果に基づいて前記物体表面の粗さを判断することができるようになる。【００１１】
更に、本発明に係る面粗さ検査装置において、前記濃淡状態生成手段は、前記検査対象となる物体表面について取得された全画素濃淡値にて表される画像情報に対して設定される一または複数の走査ライン分のウィンドウを前記物体表面に対する走査方向にずらしつつ各走査位置での前記ウィンドウ内の全画素濃淡値に基づいて当該ウィンドウを代表するエリア濃淡値を演算する演算手段を有し、前記各走査位置での前記エリア濃淡値に基づいて前記濃淡状態情報を生成する構成することができる。【００１２】
このような構成により、ウィンドウ内の全画像濃度値に基づいて演算されるエリア濃淡値に基づいて濃淡状態情報が得られるので、ウィンドウの幅（ライン数）を適当に設定することにより、前記濃淡状態情報に基づいて物体表面の粗さをマクロ的に判断することができるようになる。【００１３】
また、本発明に係る面粗さ検査装置において、前記演算手段は、前記ウィンドウ内の全画素濃淡値の総和をエリア濃淡値として演算する構成とすることができる。【００１４】
このような構成により、ウィンドウ内の全画素濃淡値を総和することで当該ウィンドウを代表するエリア濃淡値が得られるので、そのエリア濃淡値を容易に得ることができる。【００１５】
また、本発明に係る面粗さ検査装置において、前記ウィンドウの前記走査方向の幅を設定するウィンドウ設定手段を有する構成とすることができる。【００１６】
このような構成により、ウィンドウの幅を種々設定することができるので、種々の条件にて物体表面の粗さを判断することができる。【００１７】
また、本発明に係る面粗さ検査装置において、検査対象となる物体は半導体ウエーハであって、前記ラインセンサは、前記半導体ウエーハの面に略垂直な方向に延びるように配置され、前記半導体ウエーハをその面に垂直な軸を中心に回転させることにより前記半導体ウエーハの周端面を走査する構成とすることができる。【００１８】
このような構成により、ラインセンサが半導体ウエーハの周端面をその周方向に走査する際に当該ラインセンサから出力される濃淡信号に基づいて画素毎に画素濃淡値が取得され、前記半導体ウエーハの周端面について取得された全画素濃淡値に基づいてその周端面の走査方向における濃淡状態を表す濃淡状態情報が生成される。そして、その濃淡状態情報は、半導体ウエーハの周端面の前記走査方向（周方向）における粗さ状態を表し得る。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る面粗さ検査装置によれば、物体表面の湾曲の度合の影響を極力なくした状態でラインセンサがその延びる方向と直交する方向に前記物体表面を走査し得るようになり、そのラインセンサから出力される濃淡信号に基づいて前記物体表面の前記走査方向における粗さ状態を表し得る濃淡状態情報が生成されるので、検査対象となる物体表面が湾曲した面であってもその面の粗さについての適切な検査を行なうことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の一形態に係る面粗さ検査装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す面粗さ検査装置におけるＣＣＤカメラ内のラインセンサと検査対象となる半導体ウエーハの周端面との位置関係を示す平面図（ａ）及び前記ラインセンサと半導体ウエーハの周端面との位置関係を示す側面図（ｂ）である。
【図３】図１に示す面粗さ検査装置における処理ユニットでの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】幅の異なるウィンドウＷ１〜Ｗｎを示す図である。
【図５】画像情報ＥＩに対して設定されるウィンドウＷを示す図である。
【図６】プロファイル情報を示すグラフ図である。
【図７】異なる幅のウィンドウを設定して得られた複数のプロファイルを示す図である。
【図８】ＪＩＳに規定されている粗さを表す各種パラメータを示す図である。
【図９】ベアーウエアについて面粗さを判定する手法を説明する図である。
【図１０】成膜された製品ウエーハについて面粗さを判定する手法を説明する図である。
【図１１】最も低い周波数でのプロファイル情報のモデルを示す図である。
【図１２】高い周波数でのプロファイル情報のモデルを示す図である。
【図１３】プロファイル情報から面粗さを判定する際に用いられる判定レベルを決めるための処理を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２１】
１０  ウエーハ回転アライナ
１１  ターンテーブル
２０  ＣＣＤカメラ
２１  レンズ系
２２ラインセンサ
３０  光源ユニット
３１  電源
５０  処理ユニット
５１  操作部
５２  モニタユニット
１００  半導体ウエーハ
１０１  周端面
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。【００２３】
本発明の実施の形態に係る面粗さ検査装置は、図１に示すように構成される。この面粗さ検査装置は、半導体ウエーハの周端面の粗さを検査するものである。【００２４】
図１において、この面粗さ検査装置は、ウエーハ回転アライナ１０を有し、ウエーハ回転アライナ１０によって回転されるターンテーブル１１上に検査対象となる半導体ウエーハ１００がセットされる。また、ターンーブル１１上にセットされた半導体ウエーハ１００の周端面に対して所定の位置関係となるようにＣＣＤカメラ２０（撮像ユニット）が設置され、電源３１からの電力供給により拡散光を照射する光源ユニット３０がＣＣＤカメラ２０の撮像範囲となる半導体ウエーハ１００の周端面を前記拡散光にて照らすように設置されている。【００２５】
また、この面粗さ検査装置は、処理ユニット５０を有し、処理ユニット５０は、操作部５１での操作に基づいてウエーハ回転アライナ１０を制御してターンテーブル１１を所定の速度にて回転させると共に、ＣＣＤカメラ２０から出力される画素毎の濃淡信号を処理する。処理ユニット５０は、ＣＣＤカメラ２０からの画素毎の濃淡信号に基づいて半導体ウエーハ１００の周端面の画像や各種情報をモニタユニット５２（表示ユニット）に表示させることができる。【００２６】
ＣＣＤカメラ２０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、レンズ系２１（対物レンズ）及びラインセンサ２２（単色のＣＣＤラインセンサ）を備えている。ＣＣＤカメラ２０は、図２（ｂ）に示すように、ラインセンサ２２が半導体ウエーハ１００の面に略垂直な方向に延びるように半導体ウエーハ１００の周端面１０１に対向するように設置されている。また、ＣＣＤカメラ２０の向きは、図２（ａ）に示すように、光源ユニット３０からの光によって照らされる半導体ウエーハ１００の周端面の光照射部位Ｐからの反射光をラインセンサ２２によって有効に受光することができるように設定されている。【００２７】
ラインセンサ２２と検査対象となる半導体ウエーハ１００の周端面１０１との位置関係が上述したように設定されるので（図２（ａ）、（ｂ）参照）、ラインセンサ２２の極めて細い（例えば、３μｍ）走査ラインは、半導体ウエーハ１００の面（上下面）に略垂直、即ち、周端面１０１の周方向に直交する方向に設定される。これにより、ラインセンサ２２は、半導体ウエーハ１００の周端面１０１の湾曲の度合の影響をなくした状態で周端面１０１を周方向に走査できるようになる。
【００２８】
処理ユニット５０は、図３に示す手順に従って処理を実行する。【００２９】
図３において、処理ユニット５０は、操作部５１にて所定のスタート操作がなされると、ウエーハ回転アライナ１０を制御してターンテーブル１１を回転させる。このターンテーブル１１の回転に伴って半導体ウエーハ１００が所定速度にて回転し、半導体ウエーハ１００のＣＣＤカメラ２０による周端面１０１の走査が開始される（Ｓ１）。その周端面１０１の走査の過程で、処理ユニット５０は、ＣＣＤカメラユニット２０のラインセンサ２２から順次出力される画素毎の濃淡信号を入力し、その濃淡信号を画素濃淡値に変換して所定のメモリに格納する（Ｓ２）。そして、処理ユニット５０は、半導体ウエーハ１００が一回転して端面全周についての走査が終了したか否かを判定しつつ（Ｓ３）前記処理（Ｓ２）を繰り返し実行する。【００３０】
処理ユニット５０は、半導体ウエーハ１００の端面全周についての走査が終了したと判定すると（Ｓ３でＹＥＳ）、操作部５１の操作により指定されるウィンドウのサイズを取得する（Ｓ４）。図４に示すように、ラインセンサ２２による半導体ウエーハ１００の周端面１０１上に形成される一または複数の走査ライン分のウィンドウを設定し得る。即ち、１つの走査ライン分のウィンドウＷ１、２つの走査ライン分のウィンドウＷ２、３つの走査ライン分のウィンドウＷ３、・・・・、ｎ個の走査ライン分のウィンドウＷｎ等を指定し得る。なお、半導体ウエーハ１００の端面全周についての走査が終了した時点で、その端面全周について得られた全画素濃淡値は、半導体ウエーハ１００の周端面全周（０°位置から３６０°位置）の画像を表す画像情報として前記メモリに展開されている。【００３１】
処理ユニット５０は、図５に示すように、前記メモリに展開された全画素濃淡値にて構成される画像情報ＥＩに対して、走査位置（０°）から順に、指定されたサイズのウィンドウＷを設定し、そのウィンドウＷに含まれる全画素濃淡値を加算（積分）してその総和を当該ウィンドウＷを代表するエリア濃淡値として算出する（Ｓ５）。そして、処理ユニット５０は、端面全周に対応した画像情報ＥＩについての処理が終了したか否かを判定しつつ（Ｓ６）、前記ウィンドウＷをずらしながら前記処理（Ｓ５）を繰り返し実行する。
【００３２】
処理ユニット５０は、端面全周に対応した画像情報ＥＩについての処理が終了したと判定すると（Ｓ６でＹＥＳ）、例えば、走査位置（θ）と各走査位置で設定されたウィンドウWに対して得られたエリア濃淡値とを対応付け、濃淡についてのプロファイル情報を検査対象となる半導体ウエーハ１００の周端面１０１の走査方向における濃淡状態を表す濃淡状態情報として生成する。例えば、図６に示すように、画像情報ＥＩに背景の濃淡レベルに比べて大きく異なる濃淡レベルとなる部位Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５が存在すると、その部位に対応した走査位置θ１、θ２、θ３、θ４、θ５でのエリア濃淡値が突出するようなプロファイル情報Ｐｆが得られる。このプロファイル情報における位置分解能は、設定されたウィンドウＷの幅にて決まる。【００３３】
処理ユニット５０は、前述したように濃淡についてのプロファイル情報（濃淡状態情報）を生成すると、そのプロファイル情報を用いて検査対象となる半導体ウエーハ１００の周端面１０１の粗さの判定処理を行なう（Ｓ８）。半導体ウエーハ１００の周端面１０１の局部的な面の傾きや凹凸等によってラインセンサ２２から出力される濃淡信号のレベルが変化することから、そのようなラインセンサ２２からの濃淡信号に基づいて得られる前記プロファイル情報（濃淡状態情報）は、その半導体ウエーハ１００の周端面１０１の前記走査方向における粗さ状態を表すものとなる。【００３４】
従って、前記粗さの判定処理（Ｓ８）では、プロファイル情報における各走査位置でのエリア濃淡値が所定の閾値Ｌｔｈを超えるか否かが判定される。そして、その閾値Ｌｔｈを超えるエリア濃淡値となる走査位置に対応した周端面１０１の部位の面が特に粗く、その部位には傷等の欠陥があるものと判定される。例えば、図６に示すプロファイル情報からは、エリア濃淡値が閾値Ｌｔｈを超える走査位置θ１及びθ３に対応した周端面１０１の部位の面が特に粗く、その部位には傷等の欠陥があるものと判定される。【００３５】
また、処理ユニット５０は、粗さの判定処理（Ｓ８）と共に、前記プロファイル情報に基づいて粗さのプロファイルをモニタユニット５２に表示させることもできる（表示制御）。この場合、例えば、図６に示すようなプロファイルＰｆがモニタユニット５２に表示されるので、オペレータはそのモニタユニット５２に表示されたプロファイルＰｆに基づいて検査対象となる半導体ウエーハ１００の周端面１０１の粗さの状態を判断することができるようになる。【００３６】
また、前記粗さの判定処理（Ｓ８）は、前述したような処理に限られない、例えば、図７に示すように、幅の異なる複数のウィンドウＷｉ、Ｗｊ、Ｗｋのそれぞれについて得られたプロファイル情報Ｐｆｉ、Ｐｆｊ、Ｐｆｋを比較することにより半導体ウエーハ１００の周端面１０１の粗さを判定することもできる。幅のより広いウィンドウについて得られたプロファイル情報は、画像情報ＥＩの比較的低い周波数成分の状態を表し得るものであり、また、幅の狭いウィンドウについて得られたプロファイル情報は、画像情報ＥＩの比較的高い周波数成分の状態を表し得るものとなる。このように画像情報ＥＩの異なる周波数成分の状態を比較することにより、半導体ウエーハ１００の周端面１０１の粗さを判定することができる。例えば、画像情報ＥＩの異なる周波数成分に対応した複数のプロファイル情報Ｐｆｉ、Ｐｆｊ、Ｐｆｋが同じように変動する場合、その周端面１０１は比較的安定した面となるものと判定することができる。一方、画像情報ＥＩの異なる周波数成分に対応した複数のプロファイル情報Ｐｆｉ、Ｐｆｊ、Ｐｆｋにおけるピーク値の走査位置のずれが大きい場合には、その走査位置近傍に対応した周端面１０１の部位が粗いものと判定することができる。【００３７】
更に、前記粗さの判定処理（Ｓ８）では、得られたプロファイル情報から図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにＪＩＳに規定された粗さを表す各パラメータに相当するパラメータを演算し、そのパラメータによって半導体ウエーハ１００の周端面１０１の粗さを判定することができる。なお、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すプロファイルは、直径約３０ｃｍの半導体ウエーハ１００の周端面１０１に対するものであり、走査位置（０°）から走査位置（３６０°）までの端面全周長Ｌが約１０００ｍｍとなっている。【００３８】
図８（ａ）に示す例では、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４で規定される算術平均粗さＲａに相当するパラメータを、式（１）に従って算出することが可能であり、図８（ｂ）に示す例では、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される最大高さＲｙに相当するパラメータを、式（２）に従って算出することが可能であり、また、図８（ｃ）に示す例では、ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定される凹凸の平均間隔Ｓｍに相当するパラメータを、式（３）に従って算出することが可能である。【００３９】
前述したような面粗さ検査装置によれば、検査対象となる半導体ウエーハ１００の周端面１０１の湾曲度合の影響をなくした状態でラインセンサ２２がその延びる方向と直交する方向に周端面１０１を走査できるようになり、そのラインセンサ２２から出力される濃淡信号に基づいて周端面１０１の走査方向（周方向）における粗さ状態を表し得るプロファイル情報（図６乃至図８参照）が生成されるので、半導体ウエーハ１００の周端面１０１が湾曲した面であってもその面の粗さについて適切な検査を行うことができるようになる。【００４０】
前述した例では、各ウィンドウのエリア濃淡値そのものを用いてプロファイル情報が生成されたが、これに限られず、例えば、複数のウィンドウについてのエリア濃淡値の移動平均値（例えば、ウィンドウを１画素分ずつずらしながらエリア濃淡値を平均化した値）に基づいてプロファイル情報を生成することも可能である。【００４１】
前述した粗さの判定処理（図３におけるＳ８）について更に具体的に説明する。また、この判定処理での結果は、ウエーハ端面の鏡面化処理工程の終端点（研磨の最終点）を確認するために利用することができる。【００４２】
検査対象となる半導体ウエーハ１００がベアウエーハとなる場合、その表面での反射光は多く、濃淡レベルとしては低くなる。従って、この場合、例えば、図９（ａ）に示すように、所定のウィンドウ幅Ｗにて作成された各走査位置（θ）に対応するエリア濃淡値を表すプロファイル情報は、その背景の濃淡レベルが比較的低いものとなる。このような背景の濃淡レベルの比較的低いプロファイル情報を前提とした粗さの判定処理では、比較的低いレベルの判定ラインＴｈ（閾値）が設定される。【００４３】
これにより、例えば、図９（ｂ）に示すように、判定ラインＴｈを超える濃淡レベルを部分的に含むプロファイル情報からは、面の粗さが不均一であり、研磨の状態が良好でないものと判定することができる。また、判定ラインＴｈを超える濃淡レベルとなる部分が全走査位置（０度〜３６０度）にわたって均一的に存在するようなプロファイル情報からは、研磨の程度はまだ十分ではないが、その表面の粗さは均一であるものと判定することができる。更に、図９（ｃ）に示すように、判定ラインＴｈを超える濃淡レベルの箇所がないプロファイル情報からは、面の粗さが均一であり、かつ、研磨の終端点に達したものと判定することができる。【００４４】
次に、検査対象となる半導体ウエーハ１００が、例えば、成膜のなされた製品ウエーハの場合、その表面での反射光は膜の影響を受け、濃淡レベルはベアウエーハの場合に比べて高くなる。従って、この場合、例えば、図１０（ａ）に示すように、プロファイル情報は、全体的に濃淡レベルが高いものとなっている。このため、前述したようにベアウエーハを検査対象とした処理に用いた判定ラインＴｈを、製品ウエーハを検査対象とした場合にそのまま使うことができない。【００４５】
ベアウエーハについてのプロファイル情報（図９（ａ）参照）と、成膜のなされた製品ウエーハについてのプロファイル情報（図１０（ａ）参照）その違いは、その背景の濃淡レベルの違いに基づいたオフセット値Δｏに起因している。そこで、このオフセット量Δｏを求めることにより、製品ウエーハについての表面の粗さを、ベアウエーハについての表面粗さと同じ判定基準（判定ラインＴｈ）にて判定することができるようになる。【００４６】
背景の濃淡レベルは、全走査位置（θ）にわたって略一定であるものとみることができる。従って、ウィンドウ幅Ｗを種々変えて得られた各プロファイル情報は、そのウィンドウ幅Ｗに応じた周波数特性を有するが、背景の濃淡レベルに対応した部分は、どの周波数特性のプロファイル情報でも略同じ濃淡レベルとなる。このことから、例えば、半導体ウエーハ１００に対して複数のプロファイル情報を生成し、各プロファイル情報において略同じになる濃淡レベルのうちの最も低い濃淡レベルを前記オフセット値Δｏとして決めることができる。【００４７】
例えば、このようにして決められたオフセット値Δｏと、ベアウエーハの場合に用いた判定レベルＴｈとを用いて、新たな判定値Ｔｈ１を
Ｔｈ１＝Ｔｈ＋Δｏ        ・・・（１）
に従って決めることができる。【００４８】
この場合、例えば、図１０（ｂ）に示すように、判定ラインＴｈ１を超える濃淡レベルの箇所がないプロファイル情報（破線部分は除く）からは、その全体的な濃淡レベルが高くても、面の粗さが均一で、研磨の終端点に達したものと判定することができる。一方、図１０（ｃ）に示すように、判定ラインＴｈ１を超える濃淡レベルを部分的に含むプロファイル情報からは、面の粗さが不均一であり、研磨の状態が良好でないものと判定することができる。【００４９】
成膜された半導体ウエーハ１００では、過剰な研磨によって膜が削りおとされる場合がある。この場合、膜が剥ぎ取られた部分での反射光が多くなって、濃淡レベルが低くなる。このことから、例えば、前述して求められたオフセット値Δｏを下限判定レベルＴｈｏとして決めることができる。この場合、図１０（ｂ）の破線部分で示すように、また、図１０（ｃ）に示すように、下限判定ラインＴｈｏを下回る濃淡レベルの部分を含むプロファイル情報からは、研磨の終端点を越えて研磨がなされたものと判定することができる。更に、具体的には、図１０（ｂ）のはプロファイル情報の破線部分からは、面の粗さは比較的均一ではあるものの、過剰な研磨がなされたものと判定することができ、図１０（ｃ）のプロファイル情報からは、装置の何らかの異常によって部分的に過剰な研磨がなされたものと判定することができる。【００５０】
ところで、この面粗さ検査装置は、光学的に検出した濃淡情報（エリア濃淡値）に基づいて物体の面の粗さを検出するものである。従って、面の粗さに関係のない、検査対象となる半導体ウエーハ１００のウエーハ回転アライナ１０上での傾きや偏心、また、半導体ウエーハ１０の面の歪み等の影響も濃淡情報に表れるため、単一の周波数特性のプロファイル情報からだけでは、面の粗さを正確に判定できない場合がある。半導体ウエーハ１００の傾きや偏心等により濃淡情報に表れる変動はその周期が比較的長い。そのため、半導体ウエーハの傾きや偏心等の影響は、プロファイル情報において比較的長い周期にて表れる。また、半導体ウエーハ１００の面の歪みにより濃淡情報に現れる変動は、前記傾き等の場合よりは、その周期は短いものの、前述した面の粗さの場合に比べてその周期は長いものとなる。そのため、半導体ウエーハ１００の面の歪みによる影響は、プロファイル情報において中程度の長さの周期にて表れる。【００５１】
半導体ウエーハ１００の端面全周から取得した画素濃淡データから、ウィンドウ幅Ｗを１画素ずつ広げてプロファイル情報を生成すると、理論的には、図１１（ａ）にベアウエーハの場合、同（ｂ）に製品ウエーハの場合をそれぞれ示すように、走査位置０度から３６０度までが１波長となる最も波長の長い（周波数の低い）特性となるプロファイル情報から、図１２（ａ）にベアウエーハの場合、同（ｂ）に製品ウエーハの場合をそれぞれ示すように、１画素ピッチに対応した最も波長の短い（周波数の高い）特性となるプロファイル情報を得ることができる。【００５２】
このように種々の周波数特性のプロファイル情報から、前述した半導体ウエーハの傾きや偏心等の影響の表れた比較的低い周波数（大きい周期）のプロファイル情報や半導体ウエーハ１００の面の歪みによる影響の表れた中程度の周波数（中程度の周期）のプロファイル情報を除いた残りのプロファイル情報から１又は複数のプロファイル情報が選択される。そして、その選択されたプロファイル情報に対して前述した判定レベル（図９、図１０参照）を適用して面の粗さや研磨の状態が総合的に判定される。【００５３】
ところで、前述したしたように面の粗さを判定するために使用する判定ラインは、例えば、図１３に示す手順に従って決定することができる。この場合、予め良品とされた半導体ウエーハ１００（基準ウエーハ）を対象として処理がなされる。【００５４】
図１１において、表示すべきプロファイル情報の周波数が設定される（Ｓ１１）。前述したように、エリア濃淡値を得るためのウィンドウ幅Ｗを変えることによりプロファイル情報の周波数特性を変えることができる。狭いウィンドウ幅にてエリア濃淡値を得るようにすれば、高い周波数のプロファイル情報（例えば、図１２参照）が得られ、広いウィンドウ幅にてエリア濃淡値を得るようにすれば低い周波数のプロファイル情報（例えば、図１１参照）を得ることができる。そこで、表示すべきプロファイル情報の周波数として、比較的高い周波数（Ｓ）、中程度の周波数（Ｍ）、比較的低い周波数（Ｌ）が設定される。【００５５】
その後、前述したように、複数のプロファイル情報において略同一なり、且つ最も低レベルとなる濃淡レベルがオフセット値Δoとして設定される（Ｓ１２）。そして、前述したように設定された３つの周波数特性のプロファイル情報（例えば、図７参照）がモニタユニット５２に表示される（Ｓ１３）。オペレータは、このモニタユニット５２に表示された３つのプロファイル情報のうち、最も低い周波数（Ｌ）のプロファイル情報から半導体ウエーハ１００のセッティングの状態（傾き、偏心等）を大まかに知ることができ、中程度の周波数（Ｍ）のプロファイル情報から半導体ウエーハ１００の周端面の歪みの状態を大まかに知ることができ、更に、最も高い周波数（Ｓ）のプロファイル情報から半導体ウエーハ１００の周端面の粗さの状態を大まかに知ることができる。【００５６】
その後、前記オフセット値Δｏに基づいて下限判定レベルＴｈｏが設定される（Ｓ１４）。また、比較的高い周波数のプロファイル情報の変動レベルと、前記オフセット値Δｏとを用いて前記式（１）に従って、判定レベルＴｈ１が決定される。判定すべき面の粗さのグレードに応じて複数組の判定レベルＴｈ０、Ｔｈ１が決定される。このようにして決定された下限判定レベルＴｈｏ、Ｔｈ１は、基準ウエーハを特定するＩＤ、オペレータＩＤ、時刻スタンプと共に登録される（Ｓ１５）。例えば、成膜工程、研磨工程等の各半導体ウエーハに対して、この登録された判定レベルＴｈｏ、Ｔｈ１を用いて前述したような判定処理がなされる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上、説明したように、本発明に係る面粗さ検査装置は、検査対象となる物体表面が湾曲した面であっても適切な検査を行うことができるという効果を有し、半導体ウエーハの周端面等の検査対象となる物体表面の粗さを検出する面粗さ検査装置として有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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