(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略板状の被測定物に照射された光の反射光に基づいて検出された形状情報から該被測定物のエッジ部の表裏面間にわたる円弧形状を測定する形状測定装置であって，
前記被測定物のエッジ部の表裏面間を二分する分割領域各々の二等分線上にある二つの法線方向に設けられ，開口数が０．７１以上の対物レンズを含んでなり，前記エッジ部の表裏面間にわたって分割された二つの前記分割領域に光を照射すると共に，該照射された光の反射光を受光する二つの光照射受光手段と，
前記法線と前記被測定物の表面に対する垂線とを含む平面上における前記法線方向に垂直な方向に移動自在に前記光照射受光手段を支持する第１の移動支持手段と，
二つの前記光照射受光手段により受光された反射光に基づいて前記分割領域各々の形状情報を検出する形状情報検出手段と，
前記分割領域各々の形状を合成して前記エッジ部の表裏面間にわたる円弧形状を得る形状合成手段と，
を具備してなることを特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記形状合成手段が，前記分割領域各々の形状を合成するための基準として予め設定された一又は複数の境界点に基づいて前記分割領域各々の形状を合成するものである請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
基準測定物のエッジ部に予め施された一又は複数の目印を検出し，該検出された目印を前記境界点として設定する境界点設定手段を更に備えてなる請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記複数の光照射受光手段間の位置干渉を回避するべく前記光照射受光手段の一又は複数を移動自在に支持する第２の移動支持手段を更に備えてなる請求項１〜３のいずれかに記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，略板状の被測定物に照射された光の反射光に基づいて検出された形状情報から該被測定物の形状を測定する形状測定装置に関し，特に，前記被測定物のエッジ部の形状を測定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から，半導体ウェーハ等の被測定物のエッジ部に，触針を接触させながら移動させて触針の変位を測定することにより，そのエッジ部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１参照）。この接触式の形状測定装置では，前記触針の接触によって被測定物を傷つけるおそれがあり，また，被測定物が半導体ウェーハである場合には前記触針による汚染（金属汚染など）が懸念される。
そこで，近年では，被測定物の損傷や汚染を防止するべく，被測定物のエッジ部の形状を光学的手法によって非接触で測定する形状測定装置が用いられる（例えば，非特許文献１参照）。この非接触式の形状測定装置では，図８に示すように，光源１００から被測定物１０１のエッジ部１０２の表裏面に平行に光が照射されることにより投影される投影像がＣＣＤ１０３で撮像され，その投影像に基づいてそのエッジ部１０２の形状が測定される。
【特許文献１】特開平０７−２０８９６９号公報
【非特許文献１】S.Sumie et al,"An Automatic Edge/Notch Profile Measuring System for 300 mm Wafers",KOBELCO TECHNOLOGY REVIEW NO.21 APR,P60(1998)
【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，前述した非接触式の形状測定装置（非特許文献１参照）では，被測定物に照射された光の投影像に基づいてその被測定物の形状が測定されるため，エッジ部に形成された凹部が投影像に現れず，その凹部の詳細な形状については測定が不能であり，高い測定精度を得ることができないという問題がある。また，被測定物の表裏面に平行に光が照射されているため，実効Ｆナンバーが大きくなって解像度の低下が生じ，投影像がボケて写ってしまうため，前記被測定物のエッジ形状を精密に測定することができないという問題も生じる。
従って，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，被測定物のエッジ部の形状を光学的手法により非接触で測定する形状測定装置において，前記エッジ部の形状の測定精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために本発明は，略板状の被測定物に照射された光の反射光に基づいて検出された形状情報から該被測定物のエッジ部の表裏面間にわたる円弧形状を測定する形状測定装置に適用されるものであって，前記被測定物のエッジ部の表裏面間を二分する分割領域各々の二等分線上にある二つの法線方向に設けられ，開口数が０．７１以上の対物レンズを含む二つの光照射受光手段で，前記エッジ部の表裏面間にわたって分割された二つの分割領域に光を照射すると共に，該照射された光の反射光を受光し，二つの前記光照射受光手段により受光された反射光に基づいて前記分割領域各々の形状情報を検出し，前記分割領域各々の形状を合成して前記エッジ部の表裏面間にわたる円弧形状を得るように構成される。また，前記法線と前記被測定物の表面に対する垂線とを含む平面上における前記法線方向に垂直な方向に移動自在に前記光照射受光手段を支持する第１の移動支持手段を備えている。ここに，前記形状情報とは，前記被測定物の形状を測定するための情報であって，例えば前記反射光の輝度や光量などに関する情報をいう。
このように構成された本発明によれば，前記被測定物のエッジ部に照射される光の投影像に基づいて該エッジ部の形状を測定するのではなく，前記被測定物のエッジ部から反射される反射光に基づいて該エッジ部の表裏面間にわたる円弧形状を測定するため，該エッジ部における凹部の詳細な形状など，従来では測定し得ない部位の形状を精密に測定することが可能となる。また，前記分割領域各々の形状を合成する形状合成機能を備えるため，一見して把握することができる前記エッジ部の全域の形状を得ることができる。
なお，対物レンズの開口数（ＮＡ）は，受光角をφとすると，ＮＡ＝ｓｉｎ（φ／２）の関係にある。したがって，前記光照射受光手段各々が開口数（開口率）が０．７１以上の対物レンズを含む本発明によれば，前記対物レンズがその開口数０．７１に対応する約９０°以上の受光角を有するため，最低二つの前記光照射受光手段を用いる極力簡素な構成で，前記被測定物の略１８０°にわたる前記エッジ部の全域の形状を測定することができ，特に表面が鏡面状態の場合に好適である。
ここで，前記エッジ部の表裏面間にわたって分割された二つの分割領域各々に光を照射する手法として，二つの前記光照射受光手段を，前記法線と前記被測定物の表面に対する垂線とを含む平面上における前記法線方向に垂直な方向に移動自在に支持しているため，前記エッジ部の分割領域の形状情報の検出時に，二つの前記光照射受光手段を前記法線方向に垂直な方向に沿って移動させることができる。これにより，前記エッジ部の分割領域各々に光を照射すると共に，該照射された光の反射光を受光することが可能となる。したがって，前記反射光に基づいて前記エッジ部の分割領域の形状情報が検出されることにより，該エッジ部の全域の形状を測定することができる。
【０００５】
このとき，前記分割領域各々の形状の合成を迅速に行うべく，前記分割領域各々の形状の合成は，前記分割領域各々の形状を合成するための基準として予め設定された一又は複数の境界点に基づいて行うことが考えられる。
さらに，基準測定物のエッジ部に予め施された一又は複数の目印を検出し，該検出された目印を前記境界点として設定する境界点設定機能を備える構成が望ましい。この境界点設定機能により前記形状合成機能を実現し得る。また，例えば前記形状測定装置の経年劣化による前記境界点の位置ズレなどにより生じる測定誤差を，前記境界点設定機能によって前記境界点の位置ズレを校正することにより防止することができる。
【０００６】
ところで，前記エッジ部を複数に分割した分割領域の形状を前記複数の光照射受光手段で測定するため，前記分割領域間の境界点近傍において前記複数の光照射受光手段間に位置干渉が生じるおそれがある。そのため，前記光照射受光手段の一又は複数を移動自在に支持しておくことが望ましい。これにより，前記複数の光照射受光手段間の位置干渉を回避することができる。特に，前記したように前記対物レンズの開口数が０．７１以上である場合には，前記対物レンズのレンズの径が大きくなり，該対物レンズを含む前記複数の光照射受光手段間に位置干渉が生じ易くなるため好適である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば，前記被測定物のエッジ部に照射される光の投影像に基づいて該エッジ部の形状を測定するのではなく，前記被測定物のエッジ部から反射される反射光に基づいて該エッジ部の表裏面間にわたる円弧形状を測定するため，該エッジ部における凹部の詳細な形状など，従来では測定し得ない部位の形状を精密に測定することが可能となる。
さらに，前記光照射受光手段各々が開口数（開口率）が０．７１以上の対物レンズを含むため，最低二つの前記光照射受光手段を用いる極力簡素な構成で，前記エッジ部の全域の形状を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下添付図面を参照しながら，本発明の実施の形態について説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
本発明の実施の形態に係る形状測定装置Ｘは，薄板状に形成された半導体ウェーハ等の被測定物のエッジ部の形状を，該エッジ部の表裏面間にわたって分割された複数の分割領域各々に照射される光の反射光に基づいて測定する形状測定装置である。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る形状測定装置Ｘの概略構成図，図２は透光レンズ２６の仕様を説明するための図，図３は形状測定装置Ｘによる測定結果を示す図である。
以下に，図１を用いて，前記形状測定装置Ｘの概略構成について説明する。なお，図１に示す半導体ウェーハ１０（以下「ウェーハ」と略称する）は，薄板状の円状に形成された被測定物であって，該ウェーハ１０の円周方向に回転自在に構成された不図示のステージに載置されている。図１は，前記不図示のステージに載置された前記ウェーハ１０を表面１０ａから裏面１０ｂにかけて切断した断面を示している。
【０００９】
前記形状測定装置Ｘは，図１に示すように，前記ウェーハ１０のエッジ部１１における３つの法線Ａ１〜Ａ３方向に設けられた３つの変位検出センサ２０（２０ａ〜２０ｃ；光照射受光手段の一例）と，前記ウェーハ１０から離反する方向及び該ウェーハ１０に近づく方向に前記変位検出センサ２０（２０ａ〜２０ｃ）を移動自在に支持する移動ステージ３０（３０ａ〜３０ｃ；第２の移動支持手段の一例）と，ＣＰＵ及びその周辺装置（ＲＯＭやＲＡＭ，ＡＳＩＣ等）からなり当該形状測定装置Ｘを統括的に制御する不図示の制御部と，を備えて概略構成されている。
前記法線Ａ１は前記エッジ部１１の表面１０ａ側の始端における法線，前記法線Ａ２は前記エッジ部１１上の表面１０ａと裏面１０ｂとの中間位置における法線，前記法線Ａ３は前記エッジ部１１の裏面１０ｂ側の始端における法線を示している。また，前記法線Ａ１〜Ａ３は同一平面上にあって，前記法線Ａ１及び前記法線Ａ３は前記法線Ａ２と垂直である。なお，図１に示す，矢印Ｒ１〜Ｒ４は前記法線Ａ２と同方向，矢印Ｒ５〜Ｒ９は前記法線Ａ１及び前記法線Ａ３と同方向を示している。
【００１０】
ここで，図１を参照しつつ前記変位検出センサ２０ａの構成について説明する。
前記変位検出センサ２０ａは，いわゆる共焦点方式の変位計であって，前記ウェーハ１０に光を照射する光学系２１と，前記法線Ａ１と当該変位検出センサ２０ａから前記ウェーハ１０の表面１０ａに対する垂線とを含む平面上における前記法線Ａ１方向に垂直な方向，即ち図示する矢印Ｒ１方向に前記光学系２１を移動自在に支持する移動ステージ２２（第１の移動支持手段の一例）と，を備えて構成されている。なお，ここでは，光照射受光手段の一例として，共焦点方式の前記変位検出センサ２０ａを用いる実施例を説明するが，該変位検出センサ２０ａに代えて，低コヒーレンス干渉を利用した変位計など，光の照射及び反射を利用した変位計を用いることが可能である。
【００１１】
前記光学系２１は，光を照射する光源２３と，該光源２３から照射される光を前記ウェーハ１０に導く光路に順に配設されたハーフミラー２４，コリメータレンズ等の透光レンズ２５及び透光レンズ２６からなる対物レンズと，該透光レンズ２６からの光の照射により前記ウェーハ１０から反射される反射光を前記透光レンズ２６，前記透光レンズ２５，前記ハーフミラー２４及びピンホール２７ａを介して受光するフォトダイオード２８と，前記透光レンズ２６の移動制御を行うピエゾ駆動ステージ２９と，を備えて構成されている。なお，前記光源２３は，前記光学系２１を構成する要素としてある必要はなく，前記ハーフミラー２４に光を照射し得る所定位置に前記光学系２１とは別に配設されるものであってもかまわない。なお，本実施の形態では，前記透光レンズ２５及び前記透光レンズ２６によって対物レンズが構成されている例について説明するが，これに限られず，一の透光レンズを対物レンズとして用いてもかまわない。
【００１２】
前記透光レンズ２５は，前記光源２３から前記ハーフミラー２４を経て入射した発散光を平行化して前記透光レンズ２６に出射するものであり，前記透光レンズ２６は，前記透光レンズ２５から入射される平行光を該透光レンズ２６から所定の距離だけ離れた焦点に集光するものである。
また，前記透光レンズ２５は，前記透光レンズ２６と同径のレンズであって前記ウェーハ１０から前記透光レンズ２６を経て入射される反射光を該透光レンズ２５から所定の距離だけ離れた位置に設けられたピンホール板２７のピンホール２７ａを共焦点として集光するものである。
ここで，図２を用いて，前記透光レンズ２６の仕様について説明する。ここに，図２（ａ）〜（ｃ）は，前記透光レンズ２６の端部から反射板４０に照射される光Ｈ１と，該反射板４０から反射されて前記透光レンズ２６に入射される反射光Ｈ２との関係を説明するための図である。
前記透光レンズ２６は，開口数（開口率）が０．８のレンズである。ここに，前記開口数をＮＡ，前記透光レンズ２６の受光角をθとすると，ＮＡ＝ｓｉｎ（θ／２）の関係が成立することが知られている。この関係から，前記透光レンズ２６の端部と該透光レンズ２６の焦点とを結ぶ軸が前記透光レンズ２６の中心軸に対してなす角θ／２は，前記透光レンズ２６では約５３°である。即ち，前記透光レンズ２６は，該透光レンズ２６に対する前記反射板４０の傾斜角が約５３°以下である場合に該反射板４０からの反射光の少なくとも一部を受光し得るレンズである。例えば，図２（ａ）に示すように，前記反射板４０が前記透光レンズ２６に対して６０°傾斜している場合（傾斜角φ＝６０°）には，該反射板４０からの反射光Ｈ２を受光することはできないが，図２（ｂ）に示すように，前記反射板４０が前記透光レンズ２６に対して４５°傾斜している場合（傾斜角φ＝４５°）や，図２（ｃ）に示すように，前記反射板４０が前記透光レンズ２６に対して３０°傾斜している場合（傾斜角φ＝３０°）など傾斜角φが５３°以下の場合には，該反射板４０からの反射光Ｈ２を受光することが可能である。
なお，前記透光レンズ２６は，前記反射板４０が逆方向に傾斜している場合にも，その逆方向への傾斜角が約５３°までであれば，該反射板４０からの反射光を受光することができる。即ち，前記透光レンズ２６は，前記反射板４０の傾斜角が約±５３°以内である場合に前記反射板４０からの反射光を受光する。
したがって，前記透光レンズ２６は，該透光レンズ２６に対する前記ウェーハ１０のエッジ部１１の傾斜角が約±５３°までの反射光を受光し得る。
【００１３】
前記フォトダイオード２８は，前記透光レンズ２６から前記透光レンズ２５を経て集光され，前記ピンホール板２７のピンホール２７ａを通過する前記ウェーハ１０からの反射光の光量を検出するものである。
前記ピエゾ駆動ステージ２９は，前記透光レンズ２６を図示する矢印Ｒ８方向に移動させるものであって，前記制御部（不図示）により制御されることにより，前記透光レンズ２６で集光（収束）された光が，前記ウェーハ１０の表面上の一点（焦点）で収束する位置，即ち，前記フォトダイオード２８による検出光量が最大となる位置に前記透光レンズ２６を移動させる。即ち，前記透光レンズ２６の焦点は，このピエゾ駆動ステージ２９によって，前記ウェーハ１０の表面上に常に位置するように制御される。また，前記ピエゾ駆動ステージ２９は，前記フォトダイオード２８による検出光量が最大となる前記透光レンズ２６の位置座標（形状情報の一例）の検出に用いられる。具体的には，前記制御部によって，前記ピエゾ駆動ステージ２９の移動量に基づいて前記透光レンズ２６の位置座標が検出される。この位置座標は，後述する前記ウェーハ１０の形状測定に用いられる。
【００１４】
一方，前記変位検出センサ２０ｂ及び２０ｃは，前記変位検出センサ２０ａと同様の構成要素を有する。そのため，共通要素については，同符号を付して図１で表している。即ち，前記変位検出センサ２０ｂ及び２０ｃは，前記光学系２１と前記移動ステージ２２とを備えて構成されている。
但し，前記変位検出センサ２０ｂは，前記変位検出センサ２０ａと９０°異なる方向から前記ウェーハ１０のエッジ部１１に光を照射し，該照射による反射光を受光するものである。したがって，前記変位検出センサ２０ｂにおいては，前記移動ステージ２２は前記光学系２１を図示する矢印Ｒ６方向に移動させ，前記光学系２１に含まれる前記ピエゾ駆動ステージ２９は前記透光レンズ２６を図示する矢印Ｒ４方向に移動させるものである。
また，前記変位検出センサ２０ｃは，前記変位検出センサ２０ａと１８０°異なる方向から前記ウェーハ１０のエッジ部１１に光を照射し，該照射による反射光を受光するものである。したがって，前記変位検出センサ２０ｃにおいては，前記移動ステージ２２は前記光学系２１を図示する矢印Ｒ３方向に移動させ，前記光学系２１に含まれる前記ピエゾ駆動ステージ２９は前記透光レンズ２６を図示する矢印Ｒ９方向に移動させるものである。
【００１５】
前記変位検出センサ２０ｂを支持する前記移動ステージ３０ｂは，図示する矢印Ｒ２方向に前記変位検出センサ２０ｂを移動自在に支持するものであって，前記変位検出センサ２０ｂを，該変位検出センサ２０ｂの未使用時に前記変位検出センサ２０ａ及び前記変位検出センサ２０ｃとの位置干渉を回避し得る程度前記ウェーハ１０と離反する位置に移動させ，該変位検出センサ２０ｂの使用時に前記ウェーハ１０の近傍に移動させるものである。また，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）を支持する前記移動ステージ３０ａ（３０ｃ）は，図示する矢印Ｒ５（Ｒ７）方向に前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）を移動自在に支持するものであって，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）を，前記変位検出センサ２０ｂの未使用時に前記ウェーハ１０の近傍に移動させ，前記変位検出センサ２０ｂの使用時に該変位検出センサ２０ｂとの位置干渉を回避し得る程度前記ウェーハ１０と離反する位置に移動させるものである。前記形状測定装置Ｘでは，このような移動ステージ３０ａ〜３０ｃが設けられているため，前記変位検出センサ２０ａ及び前記変位検出センサ２０ｃと前記変位検出センサ２０ｂとの位置干渉が防止される。特に，本実施の形態のように前記透光レンズ２６の開口数を大きく設定すれば，前記透光レンズ２６のレンズの径が大きくなり，該透光レンズ２６を含む前記変位検出センサ２０ａ〜２０ｃ間に位置干渉が生じ易くなるため好適である。
【００１６】
続いて，上述の如く構成された当該形状測定装置Ｘにおいて，前記エッジ部１１の表面１０ａから裏面１０ｂの間の１８０°にわたる領域が４５°，９０°，４５°間隔で分割された３つの分割領域１１ａ〜１１ｃの形状が，前記変位検出センサ２０（２０ａ〜２０ｃ）によって測定される工程（形状測定装置Ｘの作用）について図１を参照しながら説明する。
前記形状測定装置Ｘでは，以下の工程を実行することにより，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）を用いて前記エッジ部１１の分割領域１１ａ（１１ｃ）の形状が測定された後，前記変位検出センサ２０ｂを用いて前記エッジ部１１の分割領域１１ｂの形状が測定される。
【００１７】
まず，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）において前記光源２３から出射された光は，前記ハーフミラー２４によりその進行方向が偏向され，前記透光レンズ２５及び前記透光レンズ２６を経て前記ウェーハ１０に照射される。なお，このとき前記変位検出センサ２０ｂは，前述したように，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）との位置干渉を回避する位置に前記移動ステージ３０ｂによって退避されている。
そして，前記ウェーハ１０から反射された反射光は，前記透光レンズ２６，前記透光レンズ２５，前記ハーフミラー２４及び前記ピンホール板２７のピンホール２７ａを経て前記フォトダイオード２８に入射される。ここで，前記ピエゾ駆動ステージ２９は，前記透光レンズ２６による照射光の焦点に前記ウェーハ１０が位置するまで，前記透光レンズ２６を図示する矢印Ｒ８（Ｒ９）方向に移動させるように前記制御部によって制御される。そして，前記制御部によって，前記フォトダイオード２８に入射された反射光の光量が最大であることが検知されると，続いて，このときの前記透光レンズ２６の位置座標（形状情報の一例）が，前記ピエゾ駆動ステージ２９の移動量に基づいて前記制御部によって検出される。ここに，前記透光レンズ２６の前記矢印Ｒ１方向の位置座標を検出するときの前記制御部及び前記ピエゾ駆動ステージ２９が形状情報検出手段に相当する。
次に，前記移動ステージ２２により前記光学系２１が図示する矢印Ｒ１（Ｒ３）の右方向に徐々に平行移動され，その移動後の位置ごとにおいて，前述の工程にしたがって前記フォトダイオード２８に入射された反射光の光量が最大となる前記透光レンズ２６の位置座標が検出される。この前記移動ステージ２２による前記光学系２１の移動は，前記ウェーハ１０の表面１０ａ（裏面１０ｂ）から前記分割領域１１ａ（１１ｃ）に向けて該分割領域１１ａ（１１ｃ）の終端までの範囲内で実行され，該分割領域１１ａ（１１ｃ）の終端で前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）による検出は終了する。
このようにして，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）では，前記フォトダイオード２８に入射された反射光の光量が最大となる前記透光レンズ２６の位置座標の集合が検出される。この位置座標の集合は，即ち前記ウェーハ１０の表面１０ａ（裏面（１０ｂ））から前記エッジ部１１の分割領域１１ａ（１１ｃ）にかかる領域の形状を現す。ここで前記変位検出センサ２０ａによって測定された形状の測定結果を図３（ａ）に，前記変位検出センサ２０ｃによって測定された形状の測定結果を図３（ｃ）に示す。
なお，前述したように，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）が有する透光レンズ２６の開口数が０．７１以上であることにより，該変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）による前記エッジ部１１の傾斜角が４５°までの範囲にわたる前記分割領域１１ａ（１１ｃ）の形状の測定が実現されている。
【００１８】
前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）による形状の測定が終了すると，該変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）は，前記移動ステージ３０ａ（３０ｃ）によって，前記変位検出センサ２０ｂの使用時における該変位検出センサ２０ｂとの位置干渉を回避し得る程度，前記ウェーハ１０と離反する方向（図示する矢印Ｒ５（Ｒ７）方向）に退避される。これにより，前記変位検出センサ２０ｂの使用時における前記変位検出センサ２０ａ及び２０ｃと前記変位検出センサ２０ｂとの位置干渉が防止される。
そして，前記変位検出センサ２０ｂが前記移動ステージ３０ｂにより前記エッジ部１１の近傍に移動される。なお，前記移動ステージ３０ａ〜３０ｃによる前記変位検出センサ２０ａ〜２０ｃの移動制御は前記制御部によって行われ，その移動位置は予め設定される。
【００１９】
続いて，前記変位検出センサ２０ｂにより，前記エッジ部１１の分割領域１１ｂの形状の測定が，前記変位検出センサ２０ａ（２０ｃ）による形状の測定と同様の工程で行われる。即ち，前記エッジ部１１の分割領域１１ｂの範囲内において前記光学系２１が前記移動ステージ２２によって図示する矢印Ｒ６方向に移動され，該各々の移動位置において前記フォトダイオード２８に入射された反射光の光量が最大となる前記透光レンズ２６の位置座標が検出される。この位置座標の集合は，即ち前記エッジ部１１の分割領域１１ｂの形状を現す。ここで，前記変位検出センサ２０ｂにより測定された前記分割領域１１ｂの形状の測定結果を図３（ｂ）に示す。
なお，前述したように，前記変位検出センサ２０ｂが有する透光レンズ２６の開口数が０．７１以上であることにより，該変位検出センサ２０ｂによる前記エッジ部１１の法線Ａ２からの傾斜角が±４５°までの範囲にわたる前記分割領域１１ｂの形状の測定が実現されている。
【００２０】
以上のように，前記形状測定装置Ｘでは，前記ウェーハ１０のエッジ部１１から反射される反射光に基づいて該エッジ部１１の形状を測定するため，たとえ前記エッジ部１１に凹部が形成されていたとしても，その凹部の詳細な形状を測定することが可能である。また，前記ウェーハ１０のエッジ部１１に照射される光の投影像に基づいて該エッジ部１１の形状を測定するものではないため，従来生じていた形状測定時のピンボケが防止され，前記エッジ部１１の形状の測定精度を向上させることができる。
また，本実施の形態では，前記ウェーハ１０が載置された不図示の前記ステージを該ウェーハ１０の円周方向に回転させて，前記エッジ部１１の測定点を変更することにより，前記ウェーハ１０の円周方向の全周，或いは複数個所の前記エッジ部１１の詳細な形状を測定することができるが，他の実施例として，前記ウェーハ１０を固定し，前記変位検出センサ２０（２０ａ〜２０ｃ）を前記ウェーハ１０の円周方向に移動させるものであってもかまわない。
なお，本実施の形態では，前記透光レンズ２６の数をできるだけ削減して当該形状測定装置Ｘの構成を簡素化するべく，該透光レンズ２６の開口数を０．７１以上（ここでは，０．８）に設計しているが，本発明はこれに限られるものではなく，開口数が小さいレンズを用いる場合には，そのレンズの数を増加させることにより前記ウェーハ１０のエッジ部１１の形状の測定精度を向上させるという効果を達成することができる。
【実施例１】
【００２１】
前記実施の形態で述べたように，前記透光レンズ２６の開口数が０．７１以上であれば，一つの前記変位検出センサ２０で，前記エッジ部１１の傾斜角が約±４５°以内の反射光を受光することができる。したがって，最低２つの該透光レンズ２６を用いた極力簡素な構成で，前記エッジ部１１の全域の形状を測定することが可能である。以下，この点について図４を用いて説明する。ここに，図４は本発明の実施例１に係る形状測定装置Ｘ１の概略構成図，図５は前記形状測定装置Ｘ１による測定結果を示す図である。なお，図１に示された前記形状測定装置Ｘと同様の構成要素には同じ符号を用いて，その説明を省略する。
図４に示すように，本実施例に係る形状測定装置Ｘ１は，前記ウェーハ１０のエッジ部１１における法線Ａ４及びＡ５上に配設された変位検出センサ２０（２０ｄ，２０ｅ）及び該変位検出センサ２０（２０ｄ，２０ｅ）を移動自在に支持する移動ステージ３０（３０ｄ，３０ｅ）を備えて構成されている。前記法線Ａ４（Ａ５）は，前記エッジ部１１を二分する分割領域１１ｄ（１１ｅ）の二等分線上にあり，図示する矢印Ｒ１１〜Ｒ１３（Ｒ１４〜Ｒ１６）と同方向である。
また，前記変位検出センサ２０ｄでは，光学系２１が，移動ステージ２２によって前記法線Ａ４を基準に矢印Ｒ１４方向に移動自在に支持され，前記変位検出センサ２０ｅでは，光学系２１が，移動ステージ２２によって前記法線Ａ４を基準に矢印Ｒ１３方向に移動自在に支持されている。また，前記変位検出センサ２０ｄでは，透光レンズ２６が，前記ピエゾ駆動ステージ２９によって図示する矢印Ｒ１２方向に移動自在に支持され，前記変位検出センサ２０ｄでは，透光レンズ２６が，前記ピエゾ駆動ステージ２９によって図示する矢印Ｒ１６方向に移動自在に支持されている。
このように構成された前記形状測定装置Ｘ１では，前記変位検出センサ２０ｄ及び２０ｅによって，前記分割領域１１ｄ及び１１ｅの範囲で，前記フォトダイオード２８に入射される反射光の光量が最大となる前記透光レンズ２６の位置座標の集合が検出される。この位置座標の集合は，即ち前記エッジ部１１の分割領域１１ｄ及び１１ｅの形状を現す。ここで，前記変位検出センサ２０ｄによって測定された前記分割領域１１ｄの形状の測定結果を図５（ａ）に，前記変位検出センサ２０ｅによって前記分割領域１１ｅの形状の測定結果を図５（ｂ）に示す。
このようにして，前記形状測定装置Ｘ１では，二つの前記変位検出センサ２０（２０ｄ，２０ｄ）によって，前記エッジ部１１を二分する分割領域１１ｄ及び分割領域１１ｅ各々の形状が測定されることにより，前記エッジ部１１の全域の形状が測定される。なお，前述したように，前記変位検出センサ２０ｄ（２０ｅ）が有する透光レンズ２６の開口数が０．７１以上であることにより，該変位検出センサ２０ｄ（２０ｅ）による前記エッジ部１１の法線Ａ４（Ａ５）からの傾斜角が±４５°までの範囲にわたる前記分割領域１１ｄ（１１ｅ）の形状の測定が実現されている。
また，前記変位検出センサ２０ｄと前記変位検出センサ２０ｅとの間の位置干渉は，一方の前記変位検出センサ２０ｄ（２０ｅ）の使用時に他方の前記変位検出センサ２０ｅ（２０ｄ）が，前記移動ステージ３０ｅ（３０ｄ）により，前記変位検出センサ２０ｄ（２０ｅ）との位置干渉を回避し得る程度，図４に示す矢印Ｒ１１（Ｒ１５）方向に退避されることにより防止される。
【実施例２】
【００２２】
ところで，前記分割領域１１ａ〜１１ｃ各々の形状（前記分割領域１１ｄ，１１ｅ各々の形状）は，個別に把握することができるものであってもかまわないが，これらを合成して前記エッジ部１１の全域の形状を一見して把握することができる構成が望ましい。以下，前記形状測定装置Ｘ（Ｘ１）が，前記分割領域の形状を合成し得る形状合成機能を備える実施例について説明する。
前記形状合成機能を備えた前記形状測定装置Ｘ（Ｘ１）では，前記エッジ部１１の分割領域１１ａと分割領域１１ｂとの間の境界点，分割領域１１ｂと分割領域１１ｃとの間の境界点（前記エッジ部１１の分割領域１１ｄと分割領域１１ｅとの間の境界点）が所定のメモリ等に記憶されることにより予め設定されている。そして，その境界点を基準に前記分割領域１１ａ〜１１ｃ各々の形状（前記分割領域１１ｄ，１１ｅ各々の形状）を合成することにより，一見して把握することができる前記エッジ部１１の全域の形状を得ることができる。この形状合成機能は，例えば，前記制御部によって，前記ピエゾ駆動ステージ２９による検出された位置座標情報が合成されることにより，或いは，前記位置座標情報から測定された前記分割領域１１ａ〜１１ｃ各々の形状（或いは前記分割領域１１ｄ，１１ｅ各々の形状）が従来周知の画像処理手法により合成されることにより具現される。これにより，予め設定された前記境界点基づいて前記分割領域１１ａ〜１１ｃ各々の形状（前記分割領域１１ｄ，１１ｅ各々の形状）を合成すればよいので，前記制御部による合成処理が迅速に行われる。
【００２３】
また，前記形状合成機能を備えた形状測定装置Ｘ（Ｘ１）には，前記ウェーハ１０（被測定物）の形状に応じて境界点を変更したり，経年劣化などにより生じる測定誤差を改善するために，前記境界点を任意に設定或いは校正することができる境界点設定機能が実装されることが望ましい。なお，この境界点設定機能は前記制御部により以下の処理が実行されることによって具現される。
ここで，前記境界点設定機能の具体的一例について図６を参照しつつ説明する。ここに，図６の（ａ）は前記形状測定装置Ｘにおける前記境界点設定機能を説明するための図，図６（ｂ）は前記形状測定装置Ｘ１における前記境界点設定機能を説明するための図，図７は分割領域１１ａ〜１１ｃ（１１ｄ，１１ｅ）を合成することにより形成されたエッジ部１１の全域の形状を示す図である。
【００２４】
図６（ａ）に示すように，前記境界点設定機能を有する前記形状測定装置Ｘでは，前記ウェーハ１０のエッジ部１１の分割領域１１ａと分割領域１１ｂとの間の境界点，分割領域１１ｂと分割領域１１ｃとの間の境界点に相当する境界点Ｂ１，Ｂ２を除く他の領域に黒い顔料が塗布された基準測定物５０が載置されると，前記基準測定物５０に照射される光の反射光の光量に基づいて前記黒い顔料が塗布されていない境界点Ｂ１及びＢ２が検出される。ここでは，前記境界点Ｂ１及びＢ２だけを黒塗りにしないことを目印としているが，これに限られず，前記境界点Ｂ１及びＢ２だけを黒塗りとすることにより目印を施す実施例も考えられる。
そして，前記境界点Ｂ１が，前記分割領域１１ａの形状と前記分割領域１１ｂの形状とを合成する際の基準として，前記境界点Ｂ２が，前記分割領域１１ｂの形状と前記分割領域１１ｃの形状とを合成する際の基準として所定のメモリに記憶されて設定される。
このように前記所定のメモリに前記境界点Ｂ１及びＢ２が記憶されると，その後の前記形状測定装置Ｘにおける前記ウェーハ１０のエッジ部１１の形状の測定では，前記制御部の前記形状合成機能により，前記分割領域１１ａ〜１１ｃ各々の形状が，前記境界点Ｂ１及びＢ２に基づいて合成されることにより，一見して把握することができる前記エッジ部１１の全域の形状が得られる。なお，このエッジ部１１の全域の形状は所定の表示装置などに表示される。ここに，図７（ａ）は，前記変位検出センサ２０ａ〜２０ｃ各々によって測定された形状（図３（ａ）〜（ｃ）参照）が，前記境界点Ｂ１及びＢ２に基づいて合成されることにより得られた前記エッジ部１１の全域の形状を示している。
【００２５】
他方，図６（ｂ）に示すように，前記境界点設定機能を有する前記形状測定装置Ｘ１では，前記ウェーハ１０の分割領域１１ｄと前記分割領域１１ｅとの間の境界点に相当する境界点Ｂ３を除く他の領域に黒い顔料が塗布された基準測定物６０が載置されると，前記基準測定物６０に照射された光の反射光に基づいて前記黒い顔料が塗布されていない境界点Ｂ３が検出される。そして，前記境界点Ｂ３が，前記分割領域１１ｄの形状と分割領域１１ｅの形状とを合成する際の基準として所定のメモリに記憶されて設定される。このように前記所定のメモリに前記境界点Ｂ３が記憶されると，その後の前記形状測定装置Ｘ１における前記ウェーハ１０のエッジ部１１の形状の測定では，前記制御部の前記形状合成機能により，前記分割領域１１ｄ，１１ｅ各々の形状が，前記境界点Ｂ３に基づいて合成されることにより，一見して把握することができる前記エッジ部１１の全域の形状が得られる。ここに，図７（ｂ）は，前記変位検出センサ２０ｄ，２０ｅによって測定された前記分割領域１１ｄ，１１ｅ各々の形状（図５（ａ），（ｂ）参照）が，前記境界点Ｂ３に基づいて合成されることにより得られた前記エッジ部１１の全域の形状を示している。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る形状測定装置Ｘの概略構成図。
【図２】透光レンズ２６の仕様を説明するための図。
【図３】本発明の実施の形態に係る形状測定装置Ｘによる測定結果を示す図。
【図４】本発明の実施例１に係る形状測定装置Ｘ１の概略構成図。
【図５】本発明の実施例１に係る形状測定装置Ｘ１による測定結果を示す図。
【図６】形状測定装置Ｘ（Ｘ１）における境界点設定機能を説明するための図。
【図７】分割領域を合成することにより形成されたエッジ部１１の全域の形状を示す図。
【図８】従来の非接触式の形状測定装置による被測定物のエッジ部の形状の測定手法を説明するための図。
【符号の説明】
【００２７】
１０…半導体ウェーハ
１１…エッジ部
１１ａ〜１１ｅ…分割領域
２０（２０ａ〜２０ｅ）…変位検出センサ（光照射受光手段の一例）
２１…光学系
２２…移動ステージ（第１の移動支持手段の一例）
２３…光源
２４…ハーフミラー
２５，２６…透光レンズ（対物レンズの一例）
２７…ピンホール板
２７ａ…ピンホール
２８…フォトダイオード
２９…ピエゾ駆動ステージ
３０（３０ａ〜３０ｅ）…移動ステージ（第２の移動支持手段の一例）
Ａ１〜Ａ５…法線
Ｂ１〜Ｂ３…境界点
Ｘ，Ｘ１…形状測定装置
【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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