(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状の測定対象物における面取り加工された端部を含む測定部に対し前記測定対象物の表裏各面に平行な方向から光を投光する投光手段と，その投光方向に対向する方向から前記測定部を撮像する撮像手段と，を備え，前記撮像手段により得られた前記測定部の投影画像に対して画像処理を行うことにより前記測定部の輪郭形状を測定する形状測定装置であって，
前記測定対象物の前記測定部における基準位置の厚みを計測する厚み計測手段と，
前記測定部の投影像に対する画像処理によって前記測定部の第１の輪郭形状情報を導出する画像処理手段と，
前記厚み計測手段により計測された厚みと前記測定部の前記投光方向における寸法とに基づいて，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布を補正することにより，前記第１の輪郭形状情報を補正して補正後の第２の輪郭形状情報を出力する輪郭形状補正手段と，
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】
前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布に対する前記輪郭形状補正手段による厚み補正量が，
前記基準位置については補正後の厚みを前記厚み計測手段により計測された厚みと一致させる補正量であり，その他の位置については，前記測定部の前記基準位置における前記投光方向の寸法を基準としたときの前記その他の位置における前記投光方向の寸法の大きさに応じて前記基準位置における厚み補正量が修正された補正量である請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布に対する前記輪郭形状補正手段による厚み補正量が，
前記厚み計測手段により計測された厚みを基準としたときの前記第１の輪郭形状情報から特定される前記基準位置の厚みの相対値と，前記測定部の前記基準位置における前記投光方向の寸法を基準としたときの前記測定部の各位置における前記投光方向の寸法の相対値と，のそれぞれに対して正の相関を有する補正量である請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項４】
円盤状の測定対象物における面取り加工された端部を含む測定部に対し前記測定対象物の表裏各面に平行な方向から光が投光されているときに，その投光方向に対向する方向から撮像手段により撮像し，その撮像により得られた前記測定部の投影画像に対して画像処理を行うことにより前記測定部の輪郭形状を測定する形状測定方法であって，
厚み計測手段により前記測定対象物の前記測定部における基準位置の厚みを計測する手順と，
画像処理手段により前記測定部の投影像に対する画像処理を行うことによって前記測定部の第１の輪郭形状情報を導出する手順と，
前記厚み計測手段により計測された厚みと前記測定部の前記投光方向における寸法とに基づいて，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布を補正することにより，前記第１の輪郭形状情報を補正して補正後の第２の輪郭形状情報を出力する処理をプロセッサにより実行する手順と，
を有してなることを特徴とする形状測定方法。
【請求項５】
前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布に対する前記プロセッサによる厚み補正量が，
前記基準位置については補正後の厚みを前記厚み計測手段により計測された厚みと一致させる補正量であり，その他の位置については，前記測定部の前記基準位置における前記投光方向の寸法を基準としたときの前記その他の位置における前記投光方向の寸法の大きさに応じて前記基準位置における厚み補正量が修正された補正量である請求項４に記載の形状測定方法。
【請求項６】
前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布に対する前記プロセッサによる厚み補正量が，
前記厚み計測手段により計測された厚みを基準としたときの前記第１の輪郭形状情報から特定される前記基準位置の厚みの相対値と，前記測定部の前記基準位置における前記投光方向の寸法を基準としたときの前記測定部の各位置における前記投光方向の寸法の相対値と，のそれぞれに対して正の相関を有する補正量である請求項４に記載の形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，円盤状の測定対象物（主として半導体ウェーハ，その他，ハードディスク用のアルミサブトレート，ガラスサブストレートなど）の面取り加工された端部の形状をその投影像に基づいて測定する形状測定装置及び形状測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハ（以下，ウェーハという）の製造時や，ウェーハを用いたデバイス製造時において，ウェーハの端部（縁部）が，他の部品やウェーハ保持部材と接触することによって傷ついたり，欠けたりする場合がある。さらに，その傷や欠けが原因で，ウェーハが割れることもある。このウェーハの端部における傷や欠けの生じやすさは，ウェーハの端面（いわゆるエッジプロファイル部）の形状と関係があると考えられている。このため，ウェーハに代表される円盤状の測定対象物のエッジプロファイルを正しく測定することは重要である。なお，ここでいう端面の形状は，ウェーハの厚み方向（一次元方向）のプロファイル，即ち，厚み方向断面の形状であり，以下，エッジプロファイルという。
エッジプロファイルの測定方法の代表例は，半導体製造装置／材料に関する業界団体（Semiconductor Equipment and Materials International：以下，SEMI）が定める標準規格であるSemi Standardにおいて規定された非破壊検査法（SEMI-MF-928-0305規格  Method B）である。この非破壊検査法は，円盤状のウェーハの面取り加工された端部に対し，そのウェーハの表裏各面にほぼ平行な方向から光を投光するとともに，その投光方向に対向する方向からカメラによってウェーハの端面の投影像を撮像し，その投影像に基づいてウェーハの端面の形状を測定する方法（以下，光投影測定法と称する）である。この光投影測定法により得られる投影像の輪郭は，ウェーハの端面の断面形状（厚み方向に切断した断面の形状）を表す。
例えば，特許文献１には，前記光投影測定法において，点光源の出射光をコリメータレンズに通過させることによってコリメート（平行光化）し，その光束を測定対象物に投光することによって投影像における輪郭の画像ボケの発生を防止することが提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１４５４８７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，測定対象物に投光された光束は，測定対象物の表面（表裏各面）に沿って進行する過程において，測定対象物の表面に沿う光路長が長いほど散乱しやすい。そのため，測定対象物に対し，コリメータレンズを通じて平行光の光束を投光してもなお，その光束の散乱により，投影像において輪郭の画像ボケが生じ得る。しかも，ウェーハ等の円盤状の測定対象物は，投光方向の寸法（奥行き寸法）が半径方向の位置によって異なることから，その投影像に生じる画像ボケの程度が位置によって異なる。さらに，測定対象物に投光される光束の強度によっても，その投影像に生じる画像ボケの程度が異なる。
【０００４】
図６及び図７は，投光方向に対向する方向からカメラにより撮像されたウェーハの投影像１’の第１の例及び第２の例を模式的に表した図である。ここで，図６は，投影像１’が実際のウェーハの断面よりも大きくなる方向に画像ボケが生じている状態（第１の例）を表し，図７は，投影像１’が実際のウェーハの断面よりも小さくなる方向に画像ボケが生じている状態（第２の例）を表す。図６や図７に示すような画像ボケの発生状態の違いは，ウェーハに投光される光の強度等によって生じる。なお，説明の便宜上，図６及び図７には，現実よりも画像ボケを強調した投影像１’を示している。
そして，図８及び図９は，図６及び図７に示される投影像１’に対する画像処理によって算出されたウェーハ端部の輪郭形状ｇ１（波線）と真の輪郭形状ｇ０（実線）とを表した図である。ここで，図８に示す輪郭形状ｇ１が図６に示す投影像ｇ１’に対応し，図９に示す輪郭形状ｇ１が図７に示す投影像ｇ１’に対応する。図８及び図９に示す輪郭形状ｇ１は，例えば，投影像ｇ１’の画像において，所定方向（例えば，厚み方向（Ｙ軸方向）やそれに直交する方向（Ｘ軸方向））における輝度変化率が正の最大値及び負の最小値となる位置（座標）を結ぶ線が形成する形状である。
図８及び図９に示すように，投影像ｇ１’に画像ボケが生じると，その投影像ｇ１’の輪郭形状ｇ１は，測定部の本来の断面形状を表さなくなる。このように，光投影測定法に基づく従来の形状測定においては，投影像の画像ボケによって正しい形状測定ができなくなる場合があるという問題点があった。
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，半導体ウェーハなどの円盤状の測定対象物の端面の形状をその投影像に基づいて測定する場合に，測定対象物の投影像に画像ボケが生じても正しい形状測定を行うことができる形状測定装置及び形状測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明に係る形状測定装置は，例えば半導体ウェーハ等の円盤状の測定対象物の面取り加工された端部を含む測定部に対し前記測定対象物の表裏各面に平行な方向から光を投光する投光手段と，その投光方向に対向する方向から前記測定部を撮像する撮像手段と，を備え，その撮像手段により得られた前記測定部の投影画像に対して画像処理を行うことにより前記測定部の輪郭形状を測定する装置であり，次の（１−１）〜（１−３）に示す各構成要素を備えるものである。
（１−１）前記測定対象物の前記測定部における基準位置の厚みを計測（実測）する厚み計測手段。
（１−２）前記測定部の投影像に対する画像処理によって前記測定部の第１の輪郭形状情報を導出する画像処理手段。
（１−３）前記厚み計測手段により計測された厚みと前記測定部の前記投光方向における寸法とに基づいて，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布を補正することにより，前記第１の輪郭形状情報を補正して補正後の第２の輪郭形状情報を出力する輪郭形状補正手段。
なお，前記第２の輪郭形状情報を出力する処理としては，例えば，前記第２の輪郭形状情報を記憶手段に記憶させる処理や表示部に表示させる処理，或いは外部装置に伝送する処理等が考えられる。
より具体的には，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布に対する前記輪郭形状補正手段による厚み補正量が，次の（１−４）に示す要件を満たす補正量であることが考えられる。
（１−４）前記基準位置については補正後の厚みを前記厚み計測手段により計測された厚みと一致させる補正量であり，その他の位置については，前記測定部の前記基準位置における前記投光方向の寸法を基準としたときの前記その他の位置における前記投光方向の寸法の大きさに応じて前記基準位置における厚み補正量が修正された補正量である。
或いは，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布に対する前記輪郭形状補正手段による厚み補正量が，次の（１−５）に示す要件を満たす補正量であるといってもよい。
（１−５）前記厚み計測手段により計測された厚みを基準としたときの前記第１の輪郭形状情報から特定される前記基準位置の厚みの相対値と，前記測定部の前記基準位置における前記投光方向の寸法を基準としたときの前記測定部の各位置における前記投光方向の寸法の相対値と，のそれぞれに対して正の相関を有する補正量である。
なお，前記相対値は，例えば，差や比などである。
【０００６】
図６及び図７に示したように，前記測定部の投影像ｇ１’に画像ボケが生じている場合，その投影像ｇ１’に対する画像処理によって算出される輪郭形状ｇ１（前記第１の輪郭形状情報が表す形状）は，図８及び図９に示したように，真の輪郭形状ｇ０に対するズレ（誤差）を有している。そのズレは，前記測定部の厚み方向の寸法の差（以下，厚み誤差という）として捉えることができ，その厚み誤差の分だけ前記第１の輪郭形状情報を補正すれば，前記測定部の真の輪郭形状を表す情報（前記第２の輪郭形状情報）を求めることができる。
また，前記厚み誤差の大きさは，画像ボケの程度に応じたものであり，その画像ボケの程度は，測定対象物の投光方向における寸法（即ち，測定対象物の表面に沿う光束の光路長）と高い相関がある。
そこで，本発明に係る形状測定装置においては，前記厚み計測手段が，既知の基準位置における前記測定部の実際の厚み（基準となる厚み）を計測する。さらに，前記輪郭形状補正手段が，前記基準位置における前記測定部の実際の厚み及び前記投光方向の寸法を基準として画像処理により得られる輪郭形状の厚みを補正することにより，真の輪郭形状の情報（前記第２の輪郭形状情報）を算出（推定）する。
本発明に係る形状測定装置によれば，測定対象物の投影像に画像ボケが生じても正しい形状測定を行うことができる。
【０００７】
また，本発明は，以上に示した本発明に係る形状測定装置が実行する処理を行う形状測定方法として捉えることもできる。
即ち，本発明に係る形状測定方法は，次の（２−１）〜（２−３）に示す各手順を実行する方法である。
（２−１）厚み計測手段により前記測定対象物の前記測定部における基準位置の厚みを計測する手順。
（２−２）画像処理手段により前記測定部の投影像に対する画像処理を行うことによって前記測定部の第１の輪郭形状情報を導出する手順。
（２−３）前記厚み計測手段により計測された厚みと前記測定部の前記投光方向における寸法とに基づいて，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚み分布を補正することにより，前記第１の輪郭形状情報を補正して補正後の第２の輪郭形状情報を出力する処理をプロセッサにより実行する手順。
本発明に係る形状測定方法によっても，本発明に係る形状測定装置と同様の作用効果が得られる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば，半導体ウェーハなどの円盤状の測定対象物の端面の形状をその投影像に基づいて測定する場合に，測定対象物の投影像に画像ボケが生じても正しい形状測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
ここに，図１は本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｗの概略平面図，図２は形状測定装置Ｗの概略側面図，図３は形状測定装置Ｗにより実行される形状測定処理の手順を表すフローチャート，図４は形状測定装置Ｗが導出する第１の輪郭形状（補正前）及び第２の輪郭形状（補正後）の第１の例を表す図，図５は形状測定装置Ｗが導出する第１の輪郭形状（補正前）及び第２の輪郭形状（補正後）の第２の例を表す図，図６は投光方向に対向する方向からカメラにより撮像されたウェーハの投影像の第１の例を模式的に表した図，図７は投光方向に対向する方向からカメラにより撮像されたウェーハの投影像の第２の例を模式的に表した図，図８はウェーハの投影像に対する画像処理によって算出されたウェーハ端部の輪郭形状の第１の例と真の輪郭形状とを表した図，図９はウェーハの投影像に対する画像処理によって算出されたウェーハ端部の輪郭形状の第２の例と真の輪郭形状とを表した図である。
【００１０】
本発明に係る形状測定装置Ｗは，円盤状の測定対象物であるウェーハ１（半導体ウェーハ）の面取り加工された端部に対し，そのウェーハ１の表裏各面に平行な方向から投光部によって光を投光するとともに，その投光方向に対向する方向からカメラ７ａによってウェーハ１の端部（面取り加工された部分）を含む所定の範囲（以下，測定部という）の投影像を撮像し，その投影像に基づいてウェーハ１の端部の形状や厚みを測定する装置である。
ウェーハ１は，例えば，半径１５０［ｍｍ］程度，厚み０．８［ｍｍ］程度のシリコン等の半導体からなり，その外周端（周面）部分が面取り加工されている。
以下，図１に示す平面図及び図２に示す側面図を参照しつつ，形状測定装置Ｗの構成について説明する。なお，図２において，図１に示す構成要素のうちの一部が省略されている。
図１及び図２に示すように，形状測定装置Ｗは，投光用の光学系（投光手段の一例）である投光部として点光源２と，その点光源２の光を平行光とするコリメータレンズ３と，マスク８とを備えている。
前記点光源２は，例えば白色ＬＥＤの光を３００μｍ〜４００μｍ程度の直径のピンホールを通じて出射する光源等である。この点光源２の光の出射部（ピンホール）は，コリメータレンズ３の焦点位置に配置されている。
前記コリメータレンズ３は，前記点光源２の出射光を通過させつつ，ウェーハ１の前記測定部に向かう方向であって，その測定部おける表裏両面に平行な方向（投光方向）においてコリメート（平行光化）するレンズである。
前記マスク８は，開口部８ｏが形成された板状の部材であり，その開口部８ｏの外側の範囲の光束の通過を制限することにより，前記コリメータレンズ３からウェーハ１側へ向かう光束のうち，前記投光方向Ｒ１から見た前記カメラ７ａの撮像範囲の外側の範囲の光の通過を遮断する。このマスク８により，前記コリメータレンズ３からウェーハ１に至る過程において，ウェーハ１の投影像の範囲から比較的大きく外れた位置での光の通過が遮断されるので，ウェーハ１に投光される光束に非平行光成分が極力含まれないようにできる。なお，図１及び図２には，２つのマスク８が設けられた例を示しているが，前記マスク８が１つ或いは３つ以上設けられた実施例や，前記マスク８が設けられない実施例も考えられる。
前記マスク８（ウェーハ１に最も近いもの）と前記第１のレンズ４との間隔（距離）は，例えば２００［ｍｍ］程度に設定され，ウェーハ１の縁部は，それらの間の光束（平行光）の光路中に配置されている。
そして，前記マスク８を通過後の平行光の光束Ｌpは，ウェーハ１の表裏各面に平行な方向Ｒ１からウェーハ１の端部を含む測定部（縁部）に対して投光される。
【００１１】
さらに，形状測定装置Ｗは，ウェーハ１に対する投光方向Ｒ１に対向する方向Ｒ２からウェーハ１の端面を含む測定部（縁部）の投影像を撮像するカメラ７ａ（撮像手段に相当）として，第１のレンズ４及び第２のレンズ６を備えたレンズ部と，そのレンズ部に内蔵された絞り５と，イメージセンサ７（ＣＣＤ等）とを備えている。
前記第１のレンズ４，前記第２のレンズ６及び前記絞り５は，テレセントリックレンズを構成し，それを通過した光がイメージセンサ７に入力されることにより，イメージセンサ７によってウェーハ１の測定部（端部）の投影像が撮像される。
このように，形状測定装置Ｗは，平行光をウェーハ１に投光することにより，ウェーハ１が，その平行光の光軸方向（投光方向Ｒ１）の奥行き長さが長いものであっても，イメージセンサ７において，輪郭のボケの程度が比較的小さい投影像を得ることができる。また，干渉性の強い単波長光ではなく，多波長成分を有する白色ＬＥＤを用いた点光源２を採用することにより，ウェーハ１が，投光方向Ｒ１の奥行き長さが長いものであっても，イメージセンサ７において投影像の輪郭の近傍に発生する回折縞が少ない良好な撮像画像を得ることができる。
【００１２】
形状測定装置Ｗは，さらに，中央吸着支持機構９と，画像処理装置１０と，制御装置１１と，厚み計測センサ２０とを備えている。
前記画像処理装置１０は，イメージセンサ７による撮像画像（ウェーハ１の投影像を含む画像）に基づく画像処理を実行する演算装置であり，例えば，予めその記憶部に記憶された所定のプログラムを実行するＤＳＰ（Digital Signal Processor）やパーソナルコンピュータ等である。この画像処理装置１０は，イメージセンサ７による撮像画像（投影像）について予め定められた画像処理を実行することにより，ウェーハ１の端面形状の指標値を算出する。なお，前記画像処理装置１０は，制御装置１１からの制御指令に従って，イメージセンサ７による撮像画像（画像データ）の入力，及びその撮像画像に基づく画像処理を実行する。
また，前記中央吸着支持機構９は，円盤状のウェーハ１をその一方の面（例えば，下面）の中央部を真空吸着することにより支持する。さらに，前記中央吸着支持機構９は，ウェーハ１をその中央部（中心点Ｏw）を回転軸としてその周方向に回転駆動及び停止させることにより，ウェーハ１の周方向におけるいずれの位置の端部を前記測定部として光束の光路中に位置させるかを調節する装置でもある。前記中央吸着支持機構９は，ウェーハ１の支持角度（回転角度）を検出する角度検出センサとして不図示の回転エンコーダを備え，その検出角度に基づいてウェーハ１の支持位置（支持角度）の位置決めを行う。なお，前記中央吸着支持機構９は，制御装置１１からの制御指令に従って，ウェーハ１の支持位置の位置決めを行う。
制御装置１１は，ＣＰＵ及びその周辺装置を備えた計算機であり，そのＣＰＵが，予めその記憶部に記憶された制御プログラムを実行することにより，前記画像処理装置１０及び前記中央吸着支持機構９を制御する（制御指令を出力する）装置である。
【００１３】
前記厚み計測センサ２０は，ウェーハ１の前記測定部における予め定められた位置（以下，基準位置Ｐｏという）の厚みを非接触で計測するセンサであり，厚み計測手段の一例である。前記基準位置は，前記中央吸着支持機構９により支持されるウェーハ１の中心点Ｏw（回転中心）から予め定められた距離の位置である。なお，ウェーハ１の半径は既知であるので，前記基準位置Ｐｏは，ウェーハ１の端面（投影像の先端）から内側（中心点Ｏw側）へ予め定められた距離だけ離れた位置であるともいえる。この厚み計測センサ２０の計測結果は，前記制御装置１１に伝送される。
前記厚み計測センサ２０は，前記中央吸着支持機構９により支持されたウェーハ１のおもて面側及びうら面側に対向配置された一対の非接触型変位センサを備えている。その一対の変位センサは，前記投光方向Ｒ１に直交する方向（ウェーハ１の表裏各面に垂直な方向）におけるウェーハ１の表裏各面の位置（センサとウェーハ１の面との間の距離）を検出するセンサであり，両センサの検出位置（検出距離）の和からウェーハ１の厚みが特定（計測）される。例えば，前記厚み計測センサ２０として，一対の反射型のレーザ変位センサや，一対の渦電流型変位センサ，一対の超音波式の変位センサ等を採用することが考えられる。
本実施形態においては，前記厚み計測センサ２０は，前記カメラ７ａによる撮像範囲から外れた位置に配置されている。ウェーハ１の中心点Ｏw（回転中心）に対し，前記厚み計測センサ２０の計測位置と投影像の撮像時における測定部の位置とのなす角がφ°であり，図１は，φ＝９０°であるときの例である。
そして，形状測定装置Ｗは，前記中央吸着支持機構９によってウェーハ１を回転させることにより，ある測定部の投影像を撮像する前（又は後）に，その測定部における前記基準位置Ｐｏを前記厚み計測センサ２０の計測位置に位置決めし，前記厚み計測センサ２０による厚み計測を行う。
なお，前記厚み計測センサ２０が，前記カメラ７ａによる撮像範囲に位置する測定部の厚みを計測可能に配置された構成も考えられる。
また，前記厚み計測センサ２０として，測定対象面（ウェーハ１の表面）に対する当接部とを備えた接触式の厚み計測センサを採用することも考えられる。その場合，形状測定装置Ｗには，前記当接部を測定対象面に対して離接させる変位機構が設けられる。しかしながら，ウェーハ１表面の損傷防止のため，前記厚み計測センサ２０は，非接触式のセンサであることが望ましい。
【００１４】
次に，図３に示すフローチャートを参照しつつ，形状測定装置Ｗによる形状測定処理（形状測定方法）の手順について説明する。
以下に示す形状測定処理では，ウェーハ１の端部（縁部）であって，前記中心点Ｏwを中心とした中心角が４５度ずつずれた８箇所の位置のうちのノッチ等が測定位置となる場合を除く７箇所の測定部（１番目〜７番目の測定部）について形状測定が行われ，図１に示す角度φ＝９０度である場合の例について説明する。また，ｉ番目の測定部（ｉ＝１〜７）が投影像の撮像位置に位置するときの中央吸着支持機構９の回転軸の角度を，ｉ番目の支持角ψ(ｉ)と称する。なお，以下に示すＳ１，Ｓ２，…は，処理手順（ステップ）の識別符号を表す。また，以下に示す前記画像処理装置１０の処理や前記回転支持機構９の動作は，前記制御装置１１の制御指令に従って実行される。
まず，中央吸着支持機構９が，ウェーハ１を，１番目支持角度ψ(１)となる支持位置に対して−９０度の支持角度の位置で支持する（Ｓ１）。これにより，１番目の測定部における前記基準位置Ｐｏが，前記厚み計測センサ２０の計測位置に位置決めされる。
続いて，前記制御装置１１が，前記厚み計測センサ２０により計測された厚み（１番目の測定部における基準位置Ｐｏの厚みＶpo(１)）の情報を取得し，それを記憶部に記憶させる（Ｓ２）。
さらに，中央吸着支持機構９が，ウェーハ１を，２番目支持角度ψ(２)となる支持位置に対して−９０度の支持角度の位置で支持する（Ｓ３）。これにより，２番目の測定部における前記基準位置Ｐｏが，前記厚み計測センサ２０の計測位置に位置決めされる。
続いて，前記制御装置１１は，前記厚み計測センサ２０により計測された厚み（２番目の測定部における基準位置Ｐｏの厚みＶpo(２)）の情報を取得し，それを記憶部に記憶させる（Ｓ４）。
【００１５】
次に，前記制御装置１１が，所定のカウンタ変数ｉの初期化（ｉ＝１）等の初期設定処理を実行する（Ｓ５）。このとき，前記点光源２が点灯され，ウェーハ１に対する投光が開始される。
さらに，回転支持機構９が，ウェーハ１を，ｉ番目支持角度ψ(ｉ)となる支持位置で支持する（Ｓ６）。これにより，ｉ番目の測定部が撮像位置に位置決めされるとともに，（ｉ＋２）番目の測定部における前記基準位置Ｐｏが，前記厚み計測センサ２０の計測位置に位置決めされる。
続いて，ウェーハ１がｉ番目の基準支持角度ψ(ｉ)の位置で支持された状態において，ウェーハ１におけるｉ番目の測定部の投影像が，イメージセンサ７により撮像される（Ｓ７）。さらに，前記画像処理装置１０が，その撮像画像（画像データ）を取り込んで所定の記憶部（前記画像処理装置１０が備えるメモリ等）に記憶させる（Ｓ７）。図６及び図７に示した投影像１’が，このステップＳ７において得られる投影像の一例である。
【００１６】
続いて，前記画像処理装置１０が，ステップＳ３で取り込んだ撮像画像（ウェーハ１端部の投影像の画像）に基づいて予め定められた画像処理を実行することにより，ｉ番目の測定部の輪郭形状を表す情報を導出（算出）する（Ｓ８）。さらに，前記画像処理装置１０は，導出した輪郭形状情報（以下，第１の輪郭形状情報という）を所定の記憶部（前記制御装置１１が備えるメモリ等）に記憶させる（Ｓ８）。例えば，前記画像処理装置１０は，投影像ｇ１’の画像のＸ軸方向（厚み方向に直交する方向）の各位置について，Ｙ軸方向（厚み方向）の輝度変化率が正の最大値及び負の最小値となる位置（座標）を検出し，その検出位置（座標）の集合を前記第１の輪郭形状情報とする。図８及び図９に示す輪郭形状ｇ１が，このステップＳ８において得られる第１の輪郭形状情報が表す形状の一例である。
【００１７】
次に，前記画像処理装置１０が，ｉ番目の測定部について，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚みＴＨx (ｉ)の分布（Ｘ軸方向の分布）を補正することにより，前記第１の輪郭形状情報を補正して補正後の輪郭形状情報（以下，第２の輪郭形状情報という）をその記憶部に記憶させる（Ｓ９：前記輪郭形状補正手段の一例）。その際，前記画像処理装置１０は，前記厚み計測センサ２０により計測されたｉ番目の測定部における前記基準位置Ｐｏの厚みＶpo(ｉ)と，そのｉ番目の測定部の前記投光方向Ｒ１における寸法（以下，奥行き寸法Ｄx(ｉ)の分布とに基づいて，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚みＴＨx (ｉ)の分布を補正する。
【００１８】
以下，図４及び図５を参照しつつ，前記第１の輪郭形状情報の補正処理の例について説明する。図４及び図５において，波線の輪郭形状ｇ１（以下，第１輪郭形状ｇ１という）が，前記第１の輪郭形状情報が表す形状の一例であり，実線の輪郭形状ｇ２（以下，第２輪郭形状ｇ２という）が，前記第２の輪郭形状情報が表す形状の一例である。
前記測定部の投影像ｇ１’に画像ボケが生じている場合（図６及び図７参照），図８及び図９に示したように，その投影像ｇ１’に対する画像処理によって算出される前記第１輪郭形状ｇ１は，真の輪郭形状ｇ０に対するズレ（誤差）を有している。そのズレは，前記測定部の厚みの差として捉えることができ，その厚み誤差を厚み補正量ΔＴxとして前記第１の輪郭形状情報を補正すれば，前記測定部の真の輪郭形状を表す前記第２の輪郭形状情報を算出することができる。
また，前記厚み誤差の大きさは，画像ボケの程度に応じたものであり，その画像ボケの程度は，前記測定部の前記投光方向Ｒ１における寸法Ｄx（即ち，ウェーハ１の表面に沿う光束の光路長）と正の相関があり，寸法Ｄxが大きいほど画像ボケの程度が大きくなる。
そこで，前記画像処理装置１０（前記輪郭形状補正手段の一例）が，ｉ番目の測定部における前記基準位置Ｐｏの実際の厚みＶpo(ｉ)及び前記投光方向Ｒ１の寸法Ｄxを基準として前記厚み補正量ΔＴxを算出する。
【００１９】
例えば，前記画像処理装置１０が，次の（ａ１）式の演算を実行することにより，厚み補正量ΔＴxを算出することが考えられる。なお，（ａ１）式において，前記測定部の識
別番号を表す添字(ｉ)は省略されている。
【数１】
0004316643.tif 000002
この（ａ１）式によれば，前記基準位置Ｐｏにおける前記厚み補正量ΔＴpoは，前記厚み計測センサ２０により計測された前記基準位置Ｐｏの厚みＶpo(ｉ)と，前記第１の輪郭形状情報から特定される前記基準位置Ｐｏの厚みＴＨpo (ｉ)との差分となる。
また，前記（ａ１）式は，前記投光方向Ｒ１の寸法Ｄx（以下，奥行き寸法Ｄxという）と前記厚み誤差（即ち，前記厚み補正量ΔＴx）とが線形の相関関係を有するとの考えに基づくものである。
前記（ａ１）式において，前記奥行き寸法Ｄxは，既知の値である。即ち，表裏各面に垂直な方向から見て円形であるのウェーハ１の半径をｒ，前記投影像１’の厚み方向に直交する方向（Ｘ軸方向）における先端位置からＸ軸座標がｘである位置までの距離をＸsとすると，前記奥行き寸法Ｄxは，次の（ｂ１）式によって表される。
【数２】
0004316643.tif 000003
また，この（ａ１）式に基づいて算出される前記厚み補正量ΔＴxは，前記厚み計測センサ２０により計測された厚みＶpoを基準としたときの前記第１の輪郭形状情報から特定される前記基準位置Ｐｏの厚みＴＨpoの大きさ（相対値）である差分(Ｖpo−ＴＨpo)と，前記測定部の前記基準位置Ｐｏにおける前記投光方向Ｒ１の寸法Ｄpoを基準としたときの前記測定部の各位置における前記投光方向Ｒ１の寸法Ｄxの大きさ（相対値）である（Ｄx−Ｄpo）／Ｄpoとのそれぞれに対して正の相関を有する補正量である。
ここで，（ａ１）式に基づいて算出される前記厚み補正量ΔＴxは，前記基準位置Ｐｏについては，補正後の厚みを前記厚み計測センサ２０により計測された厚みＶpoと一致させる補正量(Ｖpo−ＴＨpo)である。
そして，（ａ１）式に基づいて算出されるその他の位置（前記基準位置Ｐｏ以外の位置）についての前記厚み補正量ΔＴxは，前記測定部の前記基準位置Ｐｏにおける前記投光方向Ｒ１の寸法Ｄpoを基準としたときの前記その他の位置（Ｘ軸方向の位置）における前記投光方向Ｒ１の寸法Ｄxの大きさ（Ｄx−Ｄpo）／Ｄpoに応じて前記基準位置Ｐｏにおける厚み補正量が修正された補正量であるといえる。
なお，（ａ１）式における補正係数α（定数）は，実験やシミュレーション等によって予め決定（設定）される。
また，前記（ａ１）式に代えて，前記投光方向Ｒ１の寸法Ｄxと前記厚み誤差（即ち，前記厚み補正量ΔＴx）とが非線形の相関関係を有するとの考えに基づく次の（ａ２）式を用いることも考えられる。
【数３】
0004316643.tif 000004
この（ａ２）式における関数Ｆ(β)としては，例えば，２次以上の次数の関数等が考えられる。なお，（ａ２）式における関数Ｆ(β)は，実験やシミュレーション等によって定められる。
【００２０】
そして，前記画像処理装置１０は，Ｘ軸方向の各位置について，前記第１の輪郭形状情報から特定される厚みＴＨx (ｉ)から前記厚み補正量ΔＴxを差し引く補正を行うことにより，前記第２の輪郭形状情報を算出する。即ち，前記第１の輪郭形状情報について，Ｘ軸方向の各位置における表裏各面のＹ軸座標を，それぞれΔＴx／２だけシフトさせる補正を行う。これにより， ΔＴx＞０である場合は厚みが大きくなる方向に補正され（図４参照），ΔＴx＜０である場合は厚みが小さくなる方向に補正される。
図４及び図５に示すように，前記第１輪郭形状ｇ１について前記（ａ１）式（係数α＝１）に基づく補正を行えば第２輪郭形状ｇ２が得られる。この第２輪郭形状ｇ２は，ウェーハ１の前記測定部の本来の断面形状（輪郭形状）を精度良く表す形状となる。
【００２１】
また，ステップＳ７〜Ｓ９の処理が実行される際に，前記制御装置１１が，前記厚み計測センサ２０により計測された厚み，即ち（ｉ＋２）番目の測定部における基準位置Ｐｏの厚みＶpo(ｉ＋２)）の情報を取得し，それを記憶部に記憶させる（Ｓ１０）。
次に，前記制御装置１１は，前記カウンタ変数ｉをカウントアップ（ｉ＝ｉ＋１）し（Ｓ１１），その数値が設定値Ｍ（ここでは，Ｍ＝７）を超えているか否かを判別することによって全ての前記測定部についての測定（Ｓ６〜Ｓ９）が完了したか否かを判別する（Ｓ１２）。
そして，形状測定装置Ｗは，全ての前記測定部についてステップＳ６〜Ｓ１１の処理を実行した後，形状測定処理を終了させる。
以上に示したように，形状測定装置Ｗによれば，ウェーハ１の投影像１’に画像ボケが生じても正しい形状測定を行うことができる。
【００２２】
以上に示した形状測定装置Ｗは，１箇所の前記基準位置Ｐｏの厚みを前記厚み計測センサ２０により計測するものであった。
一方，前記形状測定装置Ｗが，ウェーハ１の測定部における複数の基準位置Ｐｏj（半径方向に沿う複数の箇所）の厚みを計測するセンサを備えた例も考えられる。その場合，例えば，複数の前記厚み計測センサ２０が，ウェーハ１の表裏各面に垂直な方向から見て直線上に並ぶ既知の位置に配列される。なお，前記基準位置Ｐｏjにおける添字ｊは複数の位置を識別する番号を表す。
そして，前記画像処理装置１０が，複数の前記基準位置Ｐｏjそれぞれにおける厚み補正量ΔＴpojが，前記厚み計測センサ２０により計測された前記基準位置Ｐｏの厚みＶpojと，前記第１の輪郭形状情報から特定される前記基準位置Ｐｏjの厚みＴＨpojとの差分となるように，前記厚み補正量ΔＴxを算出する。
ここで，前記画像処理装置１０は，複数の前記基準位置Ｐｏjの厚みの計測値に基づいて，フィッティング処理によって前記厚み補正量ΔＴxの算出式に含まれる係数を同定することができ好適である。例えば，２箇所の前記基準位置Ｐｏjの厚みの計測値に基づく簡易な連立方程式を解くことにより，前記（ａ１）式における補正係数αを同定することができる。これにより，様々なタイプの測定対象物について高い精度で形状測定を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は，主として半導体ウェーハ，その他，ハードディスク用のアルミサブストレートやガラスサブストレート等の円盤状の測定対象物の端面の形状測定への利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る形状測定装置Ｗの概略平面図。
【図２】形状測定装置Ｗの概略側面図。
【図３】形状測定装置Ｗにより実行される形状測定処理の手順を表すフローチャート。
【図４】形状測定装置Ｗが導出する第１の輪郭形状（補正前）及び第２の輪郭形状（補正後）の第１の例を表す図。
【図５】形状測定装置Ｗが導出する第１の輪郭形状（補正前）及び第２の輪郭形状（補正後）の第２の例を表す図。
【図６】投光方向に対向する方向からカメラにより撮像されたウェーハの投影像の第１の例を模式的に表した図。
【図７】投光方向に対向する方向からカメラにより撮像されたウェーハの投影像の第２の例を模式的に表した図。
【図８】ウェーハの投影像に対する画像処理によって算出されたウェーハ端部の輪郭形状の第１の例と真の輪郭形状とを表した図。
【図９】ウェーハの投影像に対する画像処理によって算出されたウェーハ端部の輪郭形状の第２の例と真の輪郭形状とを表した図。
【符号の説明】
【００２５】
Ｗ  ：形状測定装置
１  ：ウェーハ
２  ：点光源
３  ：コリメータレンズ
４  ：第１のレンズ
５  ：絞り
６  ：第２のレンズ
７  ：イメージセンサ
７ａ：カメラ
８  ：マスク
９  ：中央吸着支持機構
１０：画像処理装置
１１：制御装置
２０：厚み計測センサ
Ｓ１，Ｓ２，…：処理手順（ステップ）
【図１】
0004316643.tif 000005
【図２】
0004316643.tif 000006
【図３】
0004316643.tif 000007
【図４】
0004316643.tif 000008
【図５】
0004316643.tif 000009
【図６】
0004316643.tif 000010
【図７】
0004316643.tif 000011
【図８】
0004316643.tif 000012
【図９】
0004316643.tif 000013