JP4274868B2

JP4274868B2 - Height measurement method

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Publication number: JP4274868B2
Application number: JP2003206519A
Authority: JP
Inventors: 孝彦掛水
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2009-06-10
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共焦点光学系や干渉光学系等を利用して試料の高さ方向、すなわち光学系の光軸方向にサンプリング範囲を設定して、試料の微小構造や３次元形状を高速に観察・測定するための高さ測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
共焦点光学系を用いた高さ測定装置は、試料の高さ方向（光軸ａの方向）にサンプリング範囲を設定して試料の高さ測定を行なうものである。
【０００３】
光源から放射された光は、ＰＢＳで反射し、所定の速度で回転する回転ディスクのピンホールを通過し、対物レンズを通って試料上に照射される。
【０００４】
この試料からの反射光は、照射される光の光路とは逆方向に戻り、回転ディスクのピンホールを通過して試料上で焦点の合った光だけがＣＣＤカメラにより撮像される。
【０００５】
従って、試料を載置するＸＹＺθステージを、Ｚ方向に所定のサンプリング範囲内で上下移動することにより複数枚の共焦点画像が得られる。コンピュータの演算処理部は、データ蓄積部に蓄積された共焦点画像データを演算処理して試料の高さ、すなわち半導体ウエハ表面上に形成されたバンプの高さを算出する。
【０００６】
ここで、バンプの高さを算出方法は、ピーク処理を行なって求める。すなわち、バンプの表面に焦点が合ったときが最大輝度になることを利用して、各焦点位置での画像データから一番輝度が高くなった焦点位置をバンプの表面位置とする。又は、離散的な輝度と焦点位置との関係から近似曲線を求め、この近似曲線から輝度が一番高くなる位置を推測してバンプの表面位置を求める。
【０００７】
しかしながら、図１１に示すように半導体ウエハ表面２０上にバンプ２１が形成されている試料において、半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さを測定する場合、高さ方向（光軸ａ方向）のサンプリング範囲α_１が設定される。このサンプリング範囲α_１は、半導体ウエハ表面２０の位置とバンプ２１の頂点の位置とが確実に含まれるように設定される必要がある。このためには半導体ウエハの厚みのばらつきＳ_１を含んだサンプリング範囲α_２に設定しなければならない。
【０００８】
又、バンプ２１の高さを測定するには、図１２に示すように半導体ウエハ表面２０を複数の測定エリア、例えば測定エリアＱ_１〜Ｑ_９に分割し、これら測定エリアＱ_１〜Ｑ_９を例えば測定エリアＱ_１→Ｑ_２→，…，Ｑ_８→Ｑ_９の順序に移動してバンプ２１の頂点までの高さ測定が行われる。
【０００９】
このような高さ測定をするときに、ＸＹＺθテーブル１１が図１３に示すように光軸Ｚ方向に対して傾きγがあると、この傾きγによって高さ方向（光軸方向）の誤差Ｓ_２が生じるので、これも考慮する必要がある。この場合、半導体ウエハ表面２０の面積が広くなれば成る程、この誤差Ｓ_２も大きくなる。これらばらつきＳ_１及び誤差Ｓ_２をサンプリング範囲α_１に含めると、当然当該サンプリング範囲α_２は広くなり、このために高さの測定時間が長くなってしまう。
【００１０】
この問題を解決するための技術として例えば特許文献１のものが知られている。この特許文献１は、半導体ウエハ表面２０の厚みのばらつきと高さ（光軸）方向の誤差Ｓ_２とを除いた最適サンプリング範囲を決定し、この最適サンプリング範囲を例えば図１２に示す半導体ウエハ表面の全測定エリアＱ_１〜Ｑ_９に適用するものとなっている。そして、このために、図１４に示すように測定前に、半導体ウエハ表面２０の例えば３点以上の解析ポイントＰ_１〜Ｐ_３に対してそれぞれ高さを測定して、これら解析ポイントＰ_１〜Ｐ_３に基づいて半導体ウエハ表面２０の仮想平面を算出し、この仮想平面の傾き等に応じて最適サンプリング範囲を高さ（光軸方向）方向にオフセットして高速測定を可能にしている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−３２９４２６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、測定前に、半導体ウエハ表面２０の仮想平面を算出するためにステージを移動させて３点以上の解析ポイントＰ_１〜Ｐ_３に対しての高さ測定が必要になり、その分だけ全体の測定に時間がかかる。
【００１３】
そこで本発明は、高さ測定するときの無駄なサンプリング範囲でのサンプリング抑えて測定を高速にできる高さ測定方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基準面を有する試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲を所定のステップで移動させながら試料の画像データを取得し、この画像データから試料の高さを測定する高さ測定方法において、試料を複数の測定エリアに分割し、これら分割された測定エリアにおける試料の高さ測定を行なうとき、複数の測定エリアでの高さ測定毎に、前回高さ測定した測定エリアの基準面の高さと今回高さ測定する測定エリアの基準面の高さとの差分を求め、この差分だけ試料の高さ方向に対するサンプリング範囲をオフセットする高さ測定方法である。
【００１５】
本発明は、基準面を有する試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲を所定のステップで移動させながら試料の画像データを取得し、画像データから試料の高さを測定する高さ測定方法において、試料を複数の測定エリアに分割し、これら分割された測定エリアにおける試料の高さ測定を行なうとき、隣接する少なくとも２つの測定エリア内で基準面の傾きを求め、測定エリア毎に傾きに基づいてサンプリング範囲をオフセットする高さ測定方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（１）以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の高さ測定方法を適用した共焦点高さ測定装置の構成図である。
【００１９】
光源２から放射される光の光路上には、レンズ３、偏光板４及び偏光ビームスプリッタ（以下、ＰＢＳと称する）５が配置されている。
【００２０】
このＰＢＳ５の偏光方向の光路上には、回転ディスク６が配置されている。この回転ディスク６は、共焦点パターンとして例えばスリット状のパターンが形成されたもので、回転軸７を中心として所定の回転速度で回転するものとなっている。
【００２１】
さらに、この回転ディスク６のスリットを通過した光の光路上には、第１結像レンズ８、１／４波長板９、対物レンズ１０が配置されている。
【００２２】
試料１は、例えば半導体ウエハ表面上にバンプが形成されたもので、ＸＹＺθステージ１１上に配置されている。このＸＹＺθステージ１１は、ステージ移動機構コントローラ１２の動作制御によってＸＹＺθ方向に移動するものとなっている。従って、試料１の高さ方向（光軸ａの方向）のサンプリング範囲は、ＸＹＺθステージ１１がＺ方向に上下移動することにより得られる。
【００２３】
試料１からの反射光は、対物レンズ１０、１／４波長板９、第１結像レンズ８、回転ディスク６を通ってＰＢＳ５に入射するものであり、このＰＢＳ５の透過光の光路上には、第２結像レンズ１３を介してＣＣＤカメラ１４が配置されている。このＣＣＤカメラ１４は、入射する試料１の画像を撮像してその画像信号を出力するものとなっている。
【００２４】
コンピュータ１５は、ＣＣＤカメラ１４から出力される画像信号を取り込んでその画像をモニター１６に表示出力すると共に、ＸＹＺθステージ１１をＺ方向に上下移動することにより取得された共焦点画像データをデータ蓄積部１７に蓄積する機能を有している。
【００２５】
又、このコンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された共焦点画像データを演算処理して試料１の高さ、すなわち半導体ウエハ表面２０上に形成されたバンプ２１の高さを算出する機能を有している。
【００２６】
この共焦点高さ測定装置は、上記図１２に示すように、試料１である半導体ウエハ表面２０を複数の測定エリア、例えば測定エリアＱ_１〜Ｑ_９に分割し、これら測定エリアＱ_１〜Ｑ_９を例えば測定エリアＱ_１→Ｑ_２→，…,Ｑ_８→Ｑ_９の順序に移動して各測定エリアＱ_１〜Ｑ_９において半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を行なうものである。
【００２７】
この半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を行なうとき、同装置は、図２に示すサンプリング範囲α_３内において、半導体ウエハ表面２０（ＸＹＺθステージ１１を）所定のステップ（間隔）でＺ方向に移動させてバンプ２１の共焦点画像データを取得し、この共焦点画像データからバンプ２１の高さを測定するものとなっている。
【００２８】
このとき、サンプリング範囲α_３は、半導体ウエハ表面２０とバンプ２１の頂点との両方の高さ（光軸）方向位置を確実に検出できる可能な限り無駄なサンプリング範囲を含まないもので、以下、最適サンプリング範囲α_３と称する。この最適サンプリング範囲α_３は、基準値となる半導体ウエハ表面２０に対して高さ（光軸）方向の位置関係が常に同じになるように設定され、半導体ウエハ表面２０を基準位置にしてバンプ２１の高さより上下方向に半導体ウエハの厚さのバラツキ等を考慮してサンプリング範囲が広げられている。
【００２９】
ところで、第１の実施の形態では、複数の測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を順次行なうとき、測定初期エリアＱ_１で測定した基準面の高さ（Ｚ座標）と隣接する測定エリアＱ_２の高さ（Ｚ座標）との差分Δを求め、測定エリアを順次変更するごとに前の測定エリアの高さ位置情報に基づいてこの差分Δだけ最適サンプリング範囲α_３をオフセットする。
【００３０】
例えば、図３に示すように測定エリアＱ_１においてバンプ２１の高さ測定を行なった後に測定エリアＱ_２においてバンプ２１の高さ測定を行なう場合、先ず、最初の測定エリアＱ_１内において図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５でそれぞれ高さ測定を行ない、これら解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ_１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し求める。この最小自乗平面により測定エリアＱ_１内での半導体ウエハ表面２０の基準面の傾きが分る。なお、各解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５の各高さ測定は、上記同様に、共焦点画像データを取得することにより求められる。
【００３１】
次に、隣接する測定エリアＱ_２の座標（Ｘ，Ｙ）を平面方程式に代入して測定エリアＱ_２のＺ座標を求める。
【００３２】
次に、（測定エリアＱ_１のＺ座標）−（測定エリアＱ_２のＺ座標）を演算することにより、図３に示す測定エリアＱ_１と測定エリアＱ_２との高さ（光軸）方向の差分Δを推測する。
【００３３】
しかるに、測定エリアＱ_２〜Ｑ_９において、測定エリアを順次変更するごとに前回の測定エリアの高さ位置情報に基づいて推測した差分Δだけ最適サンプリング範囲α_３をオフセットして測定を行う。
【００３４】
又、図５に示すように、各測定エリアＱ_３〜Ｑ_９でのバンプ２１の高さ測定においても、上記同様に、各測定エリアＱ_３〜Ｑ_９毎に、前回高さ測定した測定エリアの高さと今回高さ測定する測定エリアの高さとの各差分Δ_１〜Δ_８をそれぞれ求め、これら差分Δ_１〜Δ_８だけバンプ２１の高さ方向に対する各最適サンプリング範囲α_３〜α_９をオフセットして測定を行うこともできる。このように測定エリアＱ_２〜Ｑ_９において、前回の測定エリアと今回の測定エリアとの高さ差分Δ_１〜Δ_８を求める。最適サンプリング範囲α_３を高精度に設定できる。
【００３５】
従って、コンピュータ１５のプログラムメモリ３０には、複数の測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ_１〜Ｑ_９での高さ測定毎に、推測した差分Δ又は前回高さ測定した測定エリアの高さと今回高さ測定する測定エリアの高さとの差分Δ_１〜Δ_８を求め、この差分Δ又はΔ_１〜Δ_８だけバンプ２１の高さ方向に対する最適サンプリング範囲α_３をオフセットするためのプログラムが記憶されている。
【００３６】
又、コンピュータ１５には、最小自乗平面演算部３１が備えられている。この最小自乗平面演算部３１は、測定エリアＱ_１内において上記図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５それぞれ高さ測定を行ない、これら解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ_１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し求める機能を有している。
【００３７】
次に、上記の如く構成された装置での高さ測定について説明する。
【００３８】
先ず、上記図１２に示す半導体ウエハ表面２０上の測定エリアＱ_１における各バンプ２１の高さ測定を行なう。
【００３９】
光源２から放射された光は、レンズ３を通って偏光板４に入射し、この偏光板４で偏光されてＰＢＳ５に入射する。このＰＢＳ５に入射した光は、当該ＰＢＳ５で反射し、所定の速度で回転する回転ディスク６のスリットを通過し、第１結像レンズ８、１／４波長板９及び対物レンズ１０を通って試料１上に照射される。
【００４０】
この試料１からの反射光は、照射される光の光路とは逆方向となる対物レンズ１０、１／４波長板９、第１結像レンズ８を通って回転ディスク６に入射する。試料１上で焦点の合った光だけが回転ディスク６のスリットを通過し、ＣＣＤカメラ１４により撮像され共焦点画像が得られる。
【００４１】
従って、ＣＣＤカメラ１４は、ＸＹＺθステージ１１が最適サンプリング範囲α_３においてＺ方向に所定のステップ移動毎に共焦点画像を得る。サンプリングの方法は、ステージ１１を固定し、対物レンズ１０を含む観察光学系の焦点位置をＺ方向に所定のステップ間隔で移動させてもよい。なお、測定初期は、半導体ウエハ表面２０の高さを正確に把握できないので、上記図１１に示すばらつきＳ_１及び上記図１３に示す誤差Ｓ_２を考慮したサンプリング範囲α_２でサンプリングを行なう。
【００４２】
コンピュータ１５は、ＣＣＤカメラ１４から出力される画像信号を取り込んでその画像をモニター１６に表示出力すると共に、ＸＹＺθステージ１１をＺ方向に上下移動することにより取得された共焦点画像データをデータ蓄積部１７に蓄積する。
【００４３】
又、コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された共焦点画像データを演算処理して試料１の高さ、すなわち半導体ウエハ表面２０上に形成されたバンプ２１の高さを算出する。このバンプ２１の高さを算出方法はピーク処理、すなわちバンプ２１の表面に焦点が合ったときが最大輝度になることを利用して、各焦点位置での画像データから一番輝度が高くなった焦点位置をバンプ２１の頂点位置とする。又は、ＸＹＺθステージ１１を所定のステップでＺ方向に移動して得た離散的な輝度と焦点位置との関係から近似曲線を求め、この近似曲線から輝度が一番高くなる位置を推測してバンプ２１の表面位置を求める。
【００４４】
又、測定エリアＱ_１での各バンプ２１の高さ測定の際、この測定エリアＱ_１内において図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５でそれぞれ高さ測定を行なう。
【００４５】
次に、最小自乗平面演算部３１は、各解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ_１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し、半導体ウエハ表面２０の傾きを求める。
【００４６】
次に、演算処理部１３は、次に高さ測定を行なう測定エリアＱ_２の座標（Ｘ，Ｙ）を平面方程式に代入して測定エリアＱ_２のＺ座標を求める。
【００４７】
次に、演算処理部１３は、（測定エリアＱ_１のＺ座標）−（測定エリアＱ_２のＺ座標）を演算することにより、図３に示す測定エリアＱ_１と測定エリアＱ_２との高さ（光軸）方向の差分Δを推測する。
【００４８】
しかるに、次の測定エリアＱ_２での高さ測定では、この推測した差分Δを最適サンプリング範囲α_３をオフセットする。
【００４９】
ＸＹＺθステージ１１は、最適サンプリング範囲α_３をＺ方向に所定のピッチで移動し、ＣＣＤカメラ１４は、ＸＹＺθステージ１１のＺ方向へのピッチ移動毎にバンプ２１の底面から頂上までの共焦点画像を得る。
【００５０】
図５に示すように、各測定エリアＱ_１〜Ｑ_９でのバンプ２１の高さ測定において、推測した差分Δ又は差分Δ_１〜Δ_８だけバンプ２１の高さ方向に対する各最適サンプリング範囲α_３をプラス（＋）側にオフセットする。
【００５１】
測定エリアＱ_１〜Ｑ_９を逆方向から走査する場合には、最適サンプリング範囲を半導体ウエハ表面２０に対してマイナス（−）側にオフセットする。又、図１２に示すように測定エリアが行列方向に配列されている場合、行方向と列方向とに対してそれぞれ差分Δを求め、行列方向の測定エリアにシフトする際に、行方向の差分Δと列方向の差分Δとに基づいて最適サンプリング範囲α_３をオフセットする。
【００５２】
このように上記第１の実施の形態においては、複数の測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ_１〜Ｑ_９毎に、差分Δ又は差分Δ_１〜Δ_８だけバンプ２１の高さ測定するときの最適サンプリング範囲α_３を半導体ウエハ表面２０に対してオフセットするので、サンプリング範囲を狭くしてバンプ２１の高さ測定に要する時間を短縮できる。
【００５３】
なお、半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し求めたり、（測定エリアＱ_１のＺ座標）−（測定エリアＱ_２のＺ座標）を演算して上記差分Δを推測するにしても、これらの演算は、従来における半導体ウエハ表面２０の仮想平面を算出する場合と比較してその演算量が少なく、バンプ２１の高さ測定にかかる時間を長くすることはない。
【００５４】
従って、バンプ２１の高さ測定するときの無駄なサンプリング範囲でのサンプリング抑えて高さ測定を高速にできる、すなわち測定タクトを短縮できる。
【００５５】
（２）次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００５６】
この第２の実施の形態は、上記図１に示す共焦点高さ測定装置に適用するものであり、従って、当該図１を援用して説明する。
【００５７】
この共焦点高さ測定装置は、上記図１２に示すように、半導体ウエハ表面２０を複数の測定エリア、例えば測定エリアＱ_１〜Ｑ_９に分割し、これら測定エリアＱ_１〜Ｑ_９を例えば測定エリアＱ_１→Ｑ_２→，…,Ｑ_８→Ｑ_９の順序に移動して各測定エリアＱ_１〜Ｑ_９において半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点までの高さ測定を行なうもので、この場合、上記図２に示すようにバンプ２１の高さ方向に最適サンプリング範囲α_３でサンプリングを行なってバンプ２１の共焦点画像データを取得し、この共焦点画像データからバンプ２１の高さを測定するところは上記第１の実施の形態と同様である。
【００５８】
ところで、本発明装置の特徴とするところは、複数の測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における各バンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、先ずは少なくとも２つの測定エリア同士、例えば図６に示すように隣接する各測定エリアＱ_１とＱ_２との傾きφを求め、各測定エリアＱ_１〜Ｑ_９での高さ測定において、前記傾きφに基づいて高さ測定を行なう当該測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における最適サンプリング範囲α_３の高さ位置をオフセットする。
【００５９】
従って、本発明装置には、上記図１に示すように、コンピュータ１５にプログラムメモリ３０が接続されている。このプログラムメモリ３０には、コンピュータ１５により読み取られて実行することにより、複数の測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における各バンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、先ずは高さ測定する順序に従って隣接する各測定エリア、例えば測定エリアＱ_１とＱ_２との傾きφを求め、以後の各測定エリアＱ_３〜Ｑ_９での高さ測定において、前記傾きφに基づいて高さ測定を行なう当該測定エリアＱ_３〜Ｑ_９における最適サンプリング範囲α_３の高さ位置をオフセットするためのプログラムが記憶されている。
【００６０】
次に、上記の如く構成された装置での高さ測定について説明する。
【００６１】
測定エリアＱ_１での各バンプ２１の高さ測定の際、この測定エリアＱ_１内において図４に示すように３点以上の解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５でそれぞれ共焦点画像データを取得して高さ測定を行なう。
【００６２】
次に、最小自乗平面演算部３１は、各解析ポイントＰ_１〜Ｐ_５の各座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に基づいて同測定エリアＱ_１内での半導体ウエハ表面２０の最小自乗平面を演算し、測定エリアＱ_１内での半導体ウエハ表面２０の傾きφを求める。
【００６３】
次に、演算処理部１３は、高さ測定を行なう測定エリアＱ_２の座標（Ｘ，Ｙ）又は測定エリアの配列ピッチ（測定エリアの間隔）と傾きφから上記図３に示す測定エリアＱ_１と測定エリアＱ_２との高さ（光軸）方向の差分Δを推測する。
【００６４】
次に、測定エリアＱ_２〜Ｑ_９における各バンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、今回の測定エリアＱ_２〜Ｑ_９における最適サンプリング範囲α_３の高さ（光軸方向）位置を前回の測定エリアの最適サンプリング範囲α_３の高さに対して差分Δだけプラス（＋）側にオフセットする。
【００６５】
測定エリアＱ_１〜Ｑ_９を逆方向から走査する場合には、最適サンプリング範囲を半導体ウエハ表面２０に対してマイナス（−）側にオフセットする。又、図１２に示すように測定エリアが行列方向に配列されている場合、行方向と列方向とに対してそれぞれ差分Δを求め、行列方向の測定エリアにシフトする際に、行方向の差分Δと列方向の差分Δとに基づいて最適サンプリング範囲α_３をオフセットする。
【００６６】
そして、ＸＹＺθステージ１１は、オフセットした最適サンプリング範囲α_３をＺ方向に所定ピッチで移動し、ＣＣＤカメラ１４は、ＸＹＺθステージ１１のＺ方向のピッチ移動毎にバンプ２１の底面から頂点までの共焦点画像を得る。この共焦点画像データは、データ蓄積部１７に蓄積される。
【００６７】
コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された共焦点画像データを演算処理して測定エリアＱ_２におけるバンプ２１の高さを上記ピーク処理によって算出する。
【００６８】
このように上記第２の実施の形態においても、上記第１の実施の形態と同様に、半導体ウエハ表面２０の全測定エリアＱ_１〜Ｑ_９において前回の測定エリアの最適サンプリング範囲α_３に対して差分Δだけオフセットすることにより、バンプ２１の高さ測定するときの無駄なサンプリング範囲でのサンプリング抑えて高さ測定を高速にして測定タクトを短縮できる。
【００６９】
なお、上記第１及び第２の実施の形態は、次のように変形してもよい。
【００７０】
例えば、測定初期におけるバンプ２１の高さを正確に把握するためにオートフォーカス（ＡＦ）又は変位センサを別途設けて予め半導体ウエハ表面２０の高さ位置を測定すれば、測定初期から最適サンプリング範囲α_３でバンプ２１の高さ測定ができる。又、画像データを取得する方法としては、上記第１及び第２の実施の形態の共焦点光学系に代えて干渉光学系を用いることができる。
【００７１】
（３）次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【００７２】
この第３の実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態における最適サンプリング範囲α_３を変更したものである。従って、この第３の実施の形態においても上記図１に示す共焦点高さ測定装置を援用して説明する。
【００７３】
この共焦点高さ測定装置では、最適サンプリング範囲は、図７に示すように試料１の底面すなわち半導体ウエハ表面２０の高さに対応して当該半導体ウエハ表面２０の高さを検出できる第１の最適サンプリング範囲α_４と、バンプ２１の頂点の高さに対応して当該バンプ２１の頂点の高さを検出できる第２の最適サンプリング範囲α_５とから成っている。
【００７４】
これら第１と第２の最適サンプリング範囲α_４、α_５は、上記図１１に示すばらつきＳ_１などを考慮に入れて、可能な限り無駄なサンプリング範囲を含まないものである。これら最適サンプリング範囲α_４、α_５は、基板表面（半導体ウエハ表面２０）に対して高さ（光軸）方向の位置関係が常に同じになるように設定されている。各測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における第１と第２の最適サンプリング範囲α_４、α_５に対する差分Δのオフセットの仕方は、第１及び第２の実施の形態と同じである。
【００７５】
この第３の実施の形態においては、各測定エリアＱ_１〜Ｑ_９で順次バンプ２１の頂点の高さを測定するとき、ＸＹＺθステージ１１を、図７に示す第１と第２の最適サンプリング範囲α_４、α_５でそれぞれＺ方向に所定ピッチで移動することによりバンプ２１の高さを測定するのに必要な半導体ウエハ表面２０の近傍の共焦点画像とバンプ２１の頂点近傍の共焦点画像を得ることができる。
【００７６】
このように上記第３の実施の形態においては、半導体ウエハ表面２０の高さに対応して当該半導体ウエハ表面２０の高さを検出できる第１の最適サンプリング範囲α_４と、バンプ２１の頂点の高さに対応して当該バンプ２１の頂点の高さを検出できる第２の最適サンプリング範囲α_５のみをサンプリングはてバンプ２１の高さ測定を行なう。すなわち、図７に示す第１と第２の最適サンプリング範囲α_４、α_５との間の範囲β部をサンプリングすることは無駄であることから、この範囲β部を第１及び第２の最適サンプリング範囲α_４、α_５のＺ方向の移動ピッチに比べて粗い移動ピッチでＸＹＺθステージ１１を移動させてＸＹＺθステージ１１を範囲β部の間を高速で移動してサンプリングしないようにすることにより、上記第１又は第２の実施の形態よりも測定タクトをさらに短縮できる。
【００７７】
なお、上記第３の実施の形態は、次のように変形してもよい。
【００７８】
例えば、上記第３の実施の形態では、半導体ウエハ表面２０の高さとバンプ２１の頂点の高さとの２つの高さ情報を取得するために第１と第２の最適サンプリング範囲α_４、α_５を設定したが、必要な高さ情報に応じて最適サンプリング範囲を分割設定してもよい。
【００７９】
（４）次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【００８０】
この第４の実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態における最適サンプリング範囲α_３を変更したものである。従って、この第４の実施の形態においても上記図１に示す共焦点高さ測定装置を援用して説明する。
【００８１】
この共焦点高さ測定装置では、最適サンプリング範囲は、図８に示すようにバンプ２１の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲α_５と、試料１の底面すなわち半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点を含む最適サンプリング範囲（以下、基準最適サンプリング範囲と称する）α_３とに設定したものである。各測定エリアＱ_１〜Ｑ_９における基準サンプリング範囲α_３と第２の最適サンプリング範囲α_５とに対する差分Δのオフセットの仕方は、第１及び第２の実施の形態と同じである。
【００８２】
この共焦点高さ測定装置は、図９に示すように複数の測定エリアＱ_１〜Ｑ_９におけるバンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ_１〜Ｑ_９のうち所定箇所の各測定エリア、例えば測定エリアＱ_１、Ｑ_３、Ｑ_５、Ｑ_７、Ｑ_９において基準最適サンプリング範囲α_３でサンプリングを行ない、他の各測定エリアＱ_２、Ｑ_４、Ｑ_６、Ｑ_８において第２の最適サンプリング範囲α_５でサンプリングを行なう。
【００８３】
このような構成であれば、予め設定した各測定エリアＱ_１、Ｑ_３、Ｑ_５、Ｑ_７、Ｑ_９では、それぞれＸＹＺθステージ１１を、図８に示す基準最適サンプリング範囲α_３でＺ方向に所定ピッチで移動し、ＣＣＤカメラ１４により各共焦点画像を得る。
【００８４】
コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された各測定エリアＱ_１、Ｑ_３、Ｑ_５、Ｑ_７、Ｑ_９ごとに各共焦点画像データを演算処理して、半導体ウエハ表面２０のＺ位置情報とバンプ２１の頂点のＺ位置情報とを上記ピーク処理により求め、これら半導体ウエハ表面２０のＺ位置情報とバンプ２１の頂点のＺ位置情報との差分からバンプ２１の高さを算出する。
【００８５】
一方、他の各測定エリアＱ_２、Ｑ_４、Ｑ_６、Ｑ_８では、第２の最適サンプリング範囲α_５の下限位置が半導体ウエハ表面２０に対して常に同じになるように前回の測定エリアの高さ位置情報に基づいて差分Δだけオフセットされる。この後、ＸＹＺθステージ１１は、図８に示す第２の最適サンプリング範囲α_５での下限位置まで移動させ、この第２の最適サンプリング範囲α_５でＺ方向に所定ピッチで移動させながらＣＣＤカメラ１４により各共焦点画像を得る。
【００８６】
コンピュータ１５の演算処理部１８は、データ蓄積部１７に蓄積された各測定エリアＱ_２、Ｑ_４、Ｑ_６、Ｑ_８ごとに各共焦点画像データを演算処理して、バンプ２１の頂点のＺ位置を上記ピーク処理により求める。
【００８７】
ところで、上記基準最適サンプリング範囲α_３でサンプリングを行なった各測定エリアＱ_１、Ｑ_３、Ｑ_５、Ｑ_７、Ｑ_９では、半導体ウエハ表面２０の高さ情報が取得されている。この測定エリアＱ_１、Ｑ_３、Ｑ_５、Ｑ_７、Ｑ_９で取得された半導体ウエハ表面２０の高さ情報とオフセット値（差分Δ）から各測定エリアＱ_２、Ｑ_４、Ｑ_６、Ｑ_８の半導体ウエハ表面２０の高さ情報を求めることができる。
【００８８】
しかるに、演算処理部１８は、この半導体ウエハ表面２０の高さ位置とバンプ２１の頂点のＺ位置との差分からバンプ２１の高さを算出する。
【００８９】
このように上記第４の実施の形態においては、バンプ２１の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲α_５と、試料１の底面すなわち半導体ウエハ表面２０からバンプ２１の頂点を含む基準最適サンプリング範囲α_３とに任意に設定できるようにしたので、半導体ウエハ表面２０のような面精度の高いものにおいては、基板表面の傾きやオフセット値（差分Δ）から各測定エリアの基板表面のＺ位置を求めることが出来、基板表面のＺ位置を求めるサンプリング範囲を省くことが可能である。
【００９０】
これにより、全測定エリアに対して厳密に高さ測定する必要がある場合には、高さ位置を高精度で測定するための基準最適サンプリング範囲α_３を全測定エリアに対して設定する。高さのバラツキなど厳密な高さ測定を必要としない場合には、少なくとも最初の測定エリアに対して基準最適サンプリング範囲α_３を設定し、他の測定エリアに対して第２の最適サンプリング範囲α_５を設定する。又、全測定エリアに対して複数箇所のみ厳密な高さ測定を必要とする場合、指定した複数の測定エリアに対して基準最適サンプリング範囲α_３を設定し、他の粗い高さ測定でよい測定エリアに対して第２のサンプリング範囲α_５を設定する。このように測定エリアに対して頂点のＺ位置のみを測定するための第２の最適サンプリング範囲α_５を設定できるようにすることで、さらに第３の実施の形態に比べてサンプリング範囲を狭くすることができ、これにより高さ測定のタクトをさらに短縮できる。
【００９１】
（５）次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【００９２】
この第５の実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態における最適サンプリング範囲α_３を変更したものである。従って、この第５の実施の形態においても上記図１に示す共焦点高さ測定装置を援用して説明する。
【００９３】
この共焦点高さ測定装置では、図１０に示すように第４の実施の形態で適用したバンプ２１の頂点の高さに対応する第２のサンプリング範囲α_５と、第３の実施の形態で適用した半導体ウエハ表面２０の高さに対応するサンプリング範囲α_４及びパンプ２１の頂点の高さに対応するサンプリング範囲α_５からなる第３の最適サンプリング範囲α_４−α_５に設定されている。第５の実施の形態では、第４の実施の形態に適用された基準最適サンプリング範囲α_３を第３の実施の形態で適用した第３のサンプリング範囲α_４−α_５に置き換えたものである。
【００９４】
又、この共焦点高さ測定装置では、上記図９に示すように複数の測定エリアＱ_１〜Ｑ_９におけるパンプ２１の高さ測定を順次行なうとき、これら測定エリアＱ_１〜Ｑ_９のうち所定箇所の測定エリアＱ_１、Ｑ_３、Ｑ_５、Ｑ_７、Ｑ_９において第３の最適サンプリング範囲α_４−α_５でサンプリングを行ない、他の各測定エリアＱ_２、Ｑ_４、Ｑ_６、Ｑ_８において第２の最適サンプリング範囲α_５でサンプリングを行なうものとなっている。
【００９５】
このように上記第５の実施の形態においては、第４の実施の形態に適用した基準最適サンプリング範囲α_３を、半導体ウエハ表面２０の高さに対応する第１の最適サンプリング範囲α_４及びパンプ２１の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲α_５からなる第３の最適サンプリング範囲α_４−α_５に置き換えることで、第４の実施の形態と比べて第３の最適サンプリング範囲α_４−α_５のサンプリング範囲を狭くすることができ、さらに高さ測定のタクトを短縮できる。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、高さ測定するサンプリング範囲を小さくして測定のタクトを短縮できる高さ測定方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態を適用した共焦点高さ測定装置の構成図。
【図２】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図３】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における各測定エリア間の高さの差を示す図。
【図４】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における各解析ポイントを示す図。
【図５】本発明に係わる高さ測定方法の第１の実施の形態における各測定エリアでの最適サンプリング範囲に対する各オフセットを示す図。
【図６】本発明に係わる高さ測定方法の第２の実施の形態における各測定エリアでの最適サンプリング範囲に対する比例的なオフセットを示す図。
【図７】本発明に係わる高さ測定方法の第３の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図８】本発明に係わる高さ測定方法の第４の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図９】本発明に係わる高さ測定方法の第４の実施の形態におけるサンプリングパターンの異なる各測定エリアを示す図。
【図１０】本発明に係わる高さ測定方法の第５の実施の形態における最適サンプリング範囲を示す図。
【図１１】半導体ウエハ表面からバンプ頂点までの高さ測定するときのサンプリング範囲を示す図。
【図１２】半導体ウエハ表面を複数の測定エリアに分割したときの測定順序を示す図。
【図１３】半導体ウエハ表面からバンプ頂点までの高さ測定するときの傾きに起因する誤差を示す図。
【図１４】従来において最適サンプリング範囲で高速測定を可能とすめ解析ポイントを示す図。
【符号の説明】
１：試料、２：光源、３：レンズ、４：偏光板、５：偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、６：回転ディスク、７：回転軸、８：第１結像レンズ、９：１／４波長板、１０：対物レンズ、１１：ＸＹＺθステージ、１２：ステージ移動機構コントローラ、１３：第２結像レンズ、１４：ＣＣＤカメラ、１５：コンピュータ、１６：データ蓄積部、１７：データ蓄積部、１８：演算処理部、２０：半導体ウエハ表面、２１：バンプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses a confocal optical system, an interference optical system, or the like to set a sampling range in the height direction of the sample, that is, the optical axis direction of the optical system, so that the microstructure and three-dimensional shape of the sample can be observed at high speed. -It relates to a height measurement method for measurement.
[0002]
[Prior art]
A height measuring apparatus using a confocal optical system measures the height of a sample by setting a sampling range in the height direction of the sample (the direction of the optical axis a).
[0003]
The light emitted from the light source is reflected by the PBS, passes through the pinhole of the rotating disk that rotates at a predetermined speed, and is irradiated onto the sample through the objective lens.
[0004]
The reflected light from the sample returns in the opposite direction to the optical path of the irradiated light, and only the light focused on the sample through the pinhole of the rotating disk is imaged by the CCD camera.
[0005]
Therefore, a plurality of confocal images can be obtained by moving the XYZθ stage on which the sample is placed within the predetermined sampling range in the Z direction. The arithmetic processing unit of the computer performs arithmetic processing on the confocal image data stored in the data storage unit to calculate the height of the sample, that is, the height of the bump formed on the surface of the semiconductor wafer.
[0006]
Here, the bump height is calculated by performing peak processing. That is, using the fact that the maximum brightness is obtained when the surface of the bump is focused, the focus position where the brightness is highest from the image data at each focus position is set as the bump surface position. Alternatively, an approximate curve is obtained from the relationship between the discrete brightness and the focal position, and the position where the brightness is highest is estimated from the approximate curve, and the bump surface position is obtained.
[0007]
However, in a sample in which bumps 21 are formed on the semiconductor wafer surface 20 as shown in FIG. 11, when measuring the height from the semiconductor wafer surface 20 to the apex of the bumps 21, the height direction (the optical axis a direction) ) Sampling range α ₁ Is set. This sampling range α ₁ Needs to be set so that the position of the semiconductor wafer surface 20 and the position of the apex of the bump 21 are included reliably. For this purpose, the semiconductor wafer thickness variation S ₁ Sampling range α ₂ Must be set to
[0008]
Further, in order to measure the height of the bump 21, as shown in FIG. 12, the semiconductor wafer surface 20 is placed on a plurality of measurement areas, for example, the measurement area Q. ₁ ~ Q ₉ Into these measurement areas Q ₁ ~ Q ₉ For example, measurement area Q ₁ → Q ₂ →, ..., Q ₈ → Q ₉ In this order, the height to the top of the bump 21 is measured.
[0009]
When performing such height measurement, if the XYZθ table 11 has an inclination γ with respect to the optical axis Z direction as shown in FIG. 13, an error S in the height direction (optical axis direction) is caused by the inclination γ. ₂ This also needs to be taken into account. In this case, the error S increases as the area of the semiconductor wafer surface 20 increases. ₂ Also grows. These variations S ₁ And error S ₂ Sampling range α ₁ Of course, the sampling range α ₂ Becomes wider, which increases the time for measuring the height.
[0010]
For example, Patent Document 1 discloses a technique for solving this problem. This patent document 1 describes variations in the thickness of the semiconductor wafer surface 20 and an error S in the height (optical axis) direction. ₂ And an optimum sampling range is determined, and this optimum sampling range is, for example, the entire measurement area Q on the surface of the semiconductor wafer shown in FIG. ₁ ~ Q ₉ It is to be applied to. For this reason, as shown in FIG. 14, for example, three or more analysis points P on the semiconductor wafer surface 20 are measured before the measurement. ₁ ~ P ₃ , Measure the height of ₁ ~ P ₃ Based on the above, a virtual plane of the semiconductor wafer surface 20 is calculated, and the optimum sampling range is offset in the height (optical axis direction) direction according to the inclination of the virtual plane and the like, thereby enabling high-speed measurement.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-9-329426
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, before the measurement, in order to calculate the virtual plane of the semiconductor wafer surface 20, the stage is moved to obtain three or more analysis points P. ₁ ~ P ₃ Therefore, it takes time to measure the entire height.
[0013]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a height measuring method capable of suppressing the sampling in a useless sampling range when measuring the height and performing the measurement at high speed.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention Have a reference plane Predetermined sampling range in the sample height direction The Predetermined While moving in steps In a height measurement method that acquires image data of a sample and measures the height of the sample from this image data, the sample is divided into a plurality of measurement areas. Divided When measuring the height of the sample in the measurement area, the height of the reference surface of the measurement area measured last time and the height of the reference surface of the measurement area to be measured this time are measured for each height measurement in multiple measurement areas. Is a height measurement method in which the sampling range is offset with respect to the height direction of the sample by this difference.
[0015]
The present invention Have a reference plane Predetermined sampling range in the sample height direction The Predetermined While moving in steps In a height measurement method that acquires image data of a sample and measures the height of the sample from the image data, the sample is divided into a plurality of measurement areas. Divided When measuring the sample height in the measurement area, Reference plane in at least two adjacent measurement areas Find the slope of Measurement area This is a height measurement method in which the sampling range is offset based on the inclination every time.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(1) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a configuration diagram of a confocal height measuring apparatus to which the height measuring method of the present invention is applied.
[0019]
On the optical path of light emitted from the light source 2, a lens 3, a polarizing plate 4, and a polarizing beam splitter (hereinafter referred to as PBS) 5 are arranged.
[0020]
A rotating disk 6 is disposed on the optical path of the PBS 5 in the polarization direction. The rotating disk 6 is formed with, for example, a slit-shaped pattern as a confocal pattern, and rotates at a predetermined rotation speed about the rotating shaft 7.
[0021]
Further, a first imaging lens 8, a quarter wavelength plate 9, and an objective lens 10 are disposed on the optical path of the light that has passed through the slit of the rotating disk 6.
[0022]
The sample 1 has, for example, a bump formed on the surface of a semiconductor wafer and is disposed on an XYZθ stage 11. The XYZθ stage 11 is moved in the XYZθ direction by the operation control of the stage moving mechanism controller 12. Therefore, the sampling range in the height direction (the direction of the optical axis a) of the sample 1 can be obtained by moving the XYZθ stage 11 up and down in the Z direction.
[0023]
The reflected light from the sample 1 enters the PBS 5 through the objective lens 10, the quarter wavelength plate 9, the first imaging lens 8, and the rotating disk 6, and is on the optical path of the transmitted light of the PBS 5. A CCD camera 14 is disposed via the second imaging lens 13. The CCD camera 14 captures an image of an incident sample 1 and outputs the image signal.
[0024]
The computer 15 takes in the image signal output from the CCD camera 14, displays the image on the monitor 16, and outputs the confocal image data acquired by moving the XYZθ stage 11 up and down in the Z direction. 17 has the function of accumulating.
[0025]
The arithmetic processing unit 18 of the computer 15 performs arithmetic processing on the confocal image data stored in the data storage unit 17 to obtain the height of the sample 1, that is, the height of the bump 21 formed on the semiconductor wafer surface 20. It has a function to calculate.
[0026]
As shown in FIG. 12, the confocal height measuring apparatus applies a semiconductor wafer surface 20 as the sample 1 to a plurality of measurement areas, for example, measurement areas Q. ₁ ~ Q ₉ Into these measurement areas Q ₁ ~ Q ₉ For example, measurement area Q ₁ → Q ₂ →, ..., Q ₈ → Q ₉ Move to the order of each measurement area Q ₁ ~ Q ₉ The height from the semiconductor wafer surface 20 to the apex of the bump 21 is measured.
[0027]
When the height measurement from the semiconductor wafer surface 20 to the apex of the bump 21 is performed, the apparatus uses the sampling range α shown in FIG. ₃ Inside, the semiconductor wafer surface 20 (XYZθ stage 11) is moved in the Z direction at a predetermined step (interval) to acquire confocal image data of the bumps 21, and the height of the bumps 21 is measured from the confocal image data. It is supposed to be.
[0028]
At this time, the sampling range α ₃ Does not include as much a useless sampling range as possible so that the height (optical axis) direction positions of both the semiconductor wafer surface 20 and the apexes of the bumps 21 can be reliably detected. ₃ Called. This optimum sampling range α ₃ Is set so that the positional relationship in the height (optical axis) direction is always the same with respect to the semiconductor wafer surface 20 serving as a reference value, and the semiconductor wafer surface 20 is set as a reference position in a vertical direction from the height of the bump 21. The sampling range has been expanded in consideration of variations in the thickness of the semiconductor wafer.
[0029]
Incidentally, in the first embodiment, a plurality of measurement areas Q ₁ ~ Q ₉ When the height measurement from the semiconductor wafer surface 20 to the apex of the bump 21 is sequentially performed, the initial measurement area Q ₁ Measurement area Q adjacent to the height (Z coordinate) of the reference surface measured in ₂ The difference Δ from the height (Z coordinate) is obtained, and each time the measurement area is sequentially changed, the optimum sampling range α is calculated by this difference Δ based on the height position information of the previous measurement area. ₃ Offset.
[0030]
For example, as shown in FIG. ₁ After measuring the height of the bump 21 in FIG. ₂ In the case of measuring the height of the bump 21 in FIG. ₁ In FIG. 4, three or more analysis points P as shown in FIG. ₁ ~ P ₅ To measure the height of each, and these analysis points P ₁ ~ P ₅ Based on each coordinate (X, Y, Z) of the same measurement area Q ₁ The least square plane of the semiconductor wafer surface 20 is calculated and obtained. The measurement area Q by this least squares plane ₁ The inclination of the reference plane of the semiconductor wafer surface 20 can be found. Each analysis point P ₁ ~ P ₅ As described above, each height measurement is obtained by acquiring confocal image data.
[0031]
Next, adjacent measurement area Q ₂ The measurement area Q by substituting the coordinates (X, Y) of ₂ The Z coordinate of is obtained.
[0032]
Next, (Measurement area Q ₁ Z coordinate)-(Measurement area Q ₂ 3), the measurement area Q shown in FIG. ₁ And measurement area Q ₂ A difference Δ in the height (optical axis) direction is estimated.
[0033]
However, measurement area Q ₂ ~ Q ₉ Each time the measurement area is sequentially changed, the optimum sampling range α is calculated by the difference Δ estimated based on the height position information of the previous measurement area. ₃ Measure with offset.
[0034]
In addition, as shown in FIG. ₃ ~ Q ₉ In the measurement of the height of the bump 21 in the same manner as above, each measurement area Q ₃ ~ Q ₉ Each difference Δ between the height of the measurement area where the previous height was measured and the height of the measurement area where the current height was measured ₁ ~ Δ ₈ Respectively, and these differences Δ ₁ ~ Δ ₈ Each optimum sampling range α with respect to the height direction of the bump 21 only ₃ ~ Α ₉ It is also possible to perform measurement with offset. Thus, measurement area Q ₂ ~ Q ₉ , The height difference Δ between the previous measurement area and the current measurement area ₁ ~ Δ ₈ Ask for. Optimal sampling range α ₃ Can be set with high accuracy.
[0035]
Accordingly, the program memory 30 of the computer 15 has a plurality of measurement areas Q. ₁ ~ Q ₉ When the height measurement from the semiconductor wafer surface 20 to the apex of the bump 21 is sequentially performed, the measurement areas Q are ₁ ~ Q ₉ Difference between the estimated difference Δ or the height of the measurement area where the previous height was measured and the height of the measurement area where the current height is measured ₁ ~ Δ ₈ And the difference Δ or Δ ₁ ~ Δ ₈ Only the optimum sampling range α with respect to the height direction of the bump 21 ₃ A program for offsetting is stored.
[0036]
Further, the computer 15 is provided with a least squares plane calculation unit 31. The least squares plane calculation unit 31 is configured to measure the measurement area Q ₁ In FIG. 4, three or more analysis points P as shown in FIG. ₁ ~ P ₅ Each height is measured, and these analysis points P ₁ ~ P ₅ Based on each coordinate (X, Y, Z) of the same measurement area Q ₁ It has a function to calculate and obtain the least square plane of the semiconductor wafer surface 20 inside.
[0037]
Next, height measurement using the apparatus configured as described above will be described.
[0038]
First, the measurement area Q on the semiconductor wafer surface 20 shown in FIG. ₁ The height of each bump 21 is measured.
[0039]
The light emitted from the light source 2 enters the polarizing plate 4 through the lens 3, is polarized by the polarizing plate 4, and enters the PBS 5. The light that has entered the PBS 5 is reflected by the PBS 5, passes through the slit of the rotating disk 6 that rotates at a predetermined speed, passes through the first imaging lens 8, the quarter wavelength plate 9, and the objective lens 10, and then passes through the sample. 1 is irradiated.
[0040]
The reflected light from the sample 1 enters the rotating disk 6 through the objective lens 10, the quarter wavelength plate 9, and the first imaging lens 8 that are in the opposite direction to the optical path of the irradiated light. Only the focused light on the sample 1 passes through the slit of the rotating disk 6 and is imaged by the CCD camera 14 to obtain a confocal image.
[0041]
Therefore, the CCD camera 14 has an XYZθ stage 11 whose optimum sampling range α ₃ A confocal image is obtained every predetermined step movement in the Z direction. As a sampling method, the stage 11 may be fixed and the focal position of the observation optical system including the objective lens 10 may be moved in the Z direction at a predetermined step interval. Since the height of the semiconductor wafer surface 20 cannot be accurately grasped at the beginning of measurement, the variation S shown in FIG. ₁ And the error S shown in FIG. ₂ Sampling range α taking into account ₂ Sampling at.
[0042]
The computer 15 captures the image signal output from the CCD camera 14 and displays and outputs the image on the monitor 16, and the confocal image data acquired by moving the XYZθ stage 11 up and down in the Z direction is a data storage unit. 17 accumulates.
[0043]
The arithmetic processing unit 18 of the computer 15 performs arithmetic processing on the confocal image data stored in the data storage unit 17 to obtain the height of the sample 1, that is, the height of the bump 21 formed on the semiconductor wafer surface 20. calculate. The method for calculating the height of the bump 21 uses the peak processing, that is, the maximum brightness when the surface of the bump 21 is focused, and the brightness is highest from the image data at each focus position. The focal position is the apex position of the bump 21. Alternatively, an approximate curve is obtained from the relationship between the discrete brightness obtained by moving the XYZθ stage 11 in the Z direction in a predetermined step and the focal position, and the position where the brightness is highest is estimated from this approximate curve. 21 surface position is obtained.
[0044]
Measurement area Q ₁ When measuring the height of each bump 21 in this, this measurement area Q ₁ In FIG. 4, three or more analysis points P as shown in FIG. ₁ ~ P ₅ Measure the height with.
[0045]
Next, the least squares plane calculation unit 31 calculates each analysis point P ₁ ~ P ₅ Based on each coordinate (X, Y, Z) of the same measurement area Q ₁ The least square plane of the semiconductor wafer surface 20 is calculated, and the inclination of the semiconductor wafer surface 20 is obtained.
[0046]
Next, the arithmetic processing unit 13 next measures the measurement area Q where the height is measured. ₂ The measurement area Q by substituting the coordinates (X, Y) of ₂ The Z coordinate of is obtained.
[0047]
Next, the arithmetic processing unit 13 (measurement area Q ₁ Z coordinate)-(Measurement area Q ₂ 3), the measurement area Q shown in FIG. ₁ And measurement area Q ₂ A difference Δ in the height (optical axis) direction is estimated.
[0048]
However, the next measurement area Q ₂ In the height measurement at, the estimated difference Δ is converted to the optimum sampling range α. ₃ Offset.
[0049]
The XYZθ stage 11 has an optimum sampling range α ₃ Is moved at a predetermined pitch in the Z direction, and the CCD camera 14 obtains a confocal image from the bottom surface to the top of the bump 21 every time the XYZθ stage 11 moves in the Z direction.
[0050]
As shown in FIG. 5, each measurement area Q ₁ ~ Q ₉ In the measurement of the height of the bump 21 in FIG. ₁ ~ Δ ₈ Each optimum sampling range α with respect to the height direction of the bump 21 only ₃ Is offset to the plus (+) side.
[0051]
Measurement area Q ₁ ~ Q ₉ Is scanned from the opposite direction, the optimum sampling range is offset to the minus (−) side with respect to the semiconductor wafer surface 20. Also, when the measurement areas are arranged in the matrix direction as shown in FIG. 12, the difference Δ is obtained for each of the row direction and the column direction, and when shifting to the measurement area in the matrix direction, the difference in the row direction is obtained. Optimal sampling range α based on Δ and column-direction difference Δ ₃ Offset.
[0052]
Thus, in the first embodiment, a plurality of measurement areas Q ₁ ~ Q ₉ When the height measurement from the semiconductor wafer surface 20 to the apex of the bump 21 is sequentially performed, the measurement areas Q are ₁ ~ Q ₉ For each difference Δ or difference Δ ₁ ~ Δ ₈ The optimum sampling range α when measuring the height of the bump 21 only ₃ Is offset with respect to the surface 20 of the semiconductor wafer, the sampling range can be narrowed and the time required for measuring the height of the bumps 21 can be shortened.
[0053]
Note that the least square plane of the semiconductor wafer surface 20 is calculated and obtained (measurement area Q ₁ Z coordinate)-(Measurement area Q ₂ Even if the above-mentioned difference Δ is estimated by calculating (the Z coordinate), the calculation calculates the virtual plane of the conventional semiconductor wafer surface 20. Case and ratio In comparison, the amount of calculation is small, and the time required for measuring the height of the bump 21 is not increased.
[0054]
Therefore, it is possible to suppress the sampling in a useless sampling range when measuring the height of the bump 21 and to increase the height measurement, that is, to shorten the measurement tact.
[0055]
(2) Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0056]
The second embodiment is applied to the confocal height measuring apparatus shown in FIG. 1, and will be described with reference to FIG.
[0057]
As shown in FIG. 12, the confocal height measuring apparatus uses a semiconductor wafer surface 20 as a plurality of measurement areas, for example, measurement areas Q. ₁ ~ Q ₉ Into these measurement areas Q ₁ ~ Q ₉ For example, measurement area Q ₁ → Q ₂ →, ..., Q ₈ → Q ₉ Move to the order of each measurement area Q ₁ ~ Q ₉ In this case, the height from the semiconductor wafer surface 20 to the top of the bump 21 is measured. In this case, as shown in FIG. ₃ Sampling is performed to acquire confocal image data of the bump 21 and the height of the bump 21 is measured from the confocal image data as in the first embodiment.
[0058]
By the way, the feature of the apparatus of the present invention is that a plurality of measurement areas Q are provided. ₁ ~ Q ₉ When the height measurement of each bump 21 is sequentially performed, first, at least two measurement areas, for example, adjacent measurement areas Q as shown in FIG. ₁ And Q ₂ And the measurement area Q ₁ ~ Q ₉ Measurement area Q for measuring height based on the tilt φ in height measurement at ₁ ~ Q ₉ Sampling range α ₃ Offset the height position of.
[0059]
Therefore, the program memory 30 is connected to the computer 15 in the apparatus of the present invention as shown in FIG. The program memory 30 is read and executed by the computer 15 to thereby execute a plurality of measurement areas Q. ₁ ~ Q ₉ When the height measurement of each bump 21 is sequentially performed, the adjacent measurement areas, for example, the measurement area Q, according to the order of height measurement are firstly determined. ₁ And Q ₂ And the subsequent measurement area Q ₃ ~ Q ₉ Measurement area Q for measuring height based on the tilt φ in height measurement at ₃ ~ Q ₉ Sampling range α ₃ A program for offsetting the height position is stored.
[0060]
Next, height measurement using the apparatus configured as described above will be described.
[0061]
Measurement area Q ₁ When measuring the height of each bump 21 in this, this measurement area Q ₁ In FIG. 4, three or more analysis points P as shown in FIG. ₁ ~ P ₅ To obtain confocal image data and measure the height.
[0062]
Next, the least squares plane calculation unit 31 calculates each analysis point P ₁ ~ P ₅ Based on each coordinate (X, Y, Z) of the same measurement area Q ₁ The least square plane of the semiconductor wafer surface 20 is calculated and the measurement area Q is calculated. ₁ The inclination φ of the semiconductor wafer surface 20 is obtained.
[0063]
Next, the arithmetic processing unit 13 measures the measurement area Q for measuring the height. ₂ The measurement area Q shown in FIG. ₁ And measurement area Q ₂ A difference Δ in the height (optical axis) direction is estimated.
[0064]
Next, measurement area Q ₂ ~ Q ₉ When the height measurement of each bump 21 is sequentially performed, the current measurement area Q ₂ ~ Q ₉ Sampling range α ₃ The height (in the direction of the optical axis) of the position is the optimum sampling range α of the previous measurement area ₃ Is offset to the plus (+) side by a difference Δ with respect to the height of.
[0065]
Measurement area Q ₁ ~ Q ₉ Is scanned from the opposite direction, the optimum sampling range is offset to the minus (−) side with respect to the semiconductor wafer surface 20. Also, when the measurement areas are arranged in the matrix direction as shown in FIG. 12, the difference Δ is obtained for each of the row direction and the column direction, and when shifting to the measurement area in the matrix direction, the difference in the row direction is obtained. Optimal sampling range α based on Δ and column-direction difference Δ ₃ Offset.
[0066]
Then, the XYZθ stage 11 detects the offset optimum sampling range α ₃ The CCD camera 14 obtains a confocal image from the bottom surface to the apex of the bump 21 every time the XYZθ stage 11 moves in the Z direction. The confocal image data is stored in the data storage unit 17.
[0067]
The arithmetic processing unit 18 of the computer 15 performs arithmetic processing on the confocal image data stored in the data storage unit 17 to perform measurement area Q. ₂ The height of the bump 21 is calculated by the above peak processing.
[0068]
As described above, also in the second embodiment, as in the first embodiment, the entire measurement area Q of the semiconductor wafer surface 20 is measured. ₁ ~ Q ₉ In the previous measurement area, the optimum sampling range α ₃ By offsetting by a difference Δ, the sampling in the useless sampling range when measuring the height of the bump 21 can be suppressed, the height measurement can be performed at high speed, and the measurement tact can be shortened.
[0069]
The first and second embodiments may be modified as follows.
[0070]
For example, if the height position of the semiconductor wafer surface 20 is measured in advance by separately providing an autofocus (AF) or displacement sensor in order to accurately grasp the height of the bump 21 at the initial measurement stage, the optimum sampling range α from the initial measurement stage. ₃ Thus, the height of the bump 21 can be measured. As a method for acquiring image data, an interference optical system can be used instead of the confocal optical system of the first and second embodiments.
[0071]
(3) Next, a third embodiment of the present invention will be described.
[0072]
The third embodiment is an optimum sampling range α in the first and second embodiments. ₃ Is a change. Accordingly, the third embodiment will be described with the aid of the confocal height measuring apparatus shown in FIG.
[0073]
In this confocal height measuring apparatus, the optimum sampling range is a first that can detect the height of the semiconductor wafer surface 20 corresponding to the bottom surface of the sample 1, that is, the height of the semiconductor wafer surface 20, as shown in FIG. Optimal sampling range α ₄ And the second optimum sampling range α that can detect the height of the top of the bump 21 corresponding to the height of the top of the bump 21. ₅ It consists of.
[0074]
These first and second optimum sampling ranges α ₄ , Α ₅ Is the variation S shown in FIG. ₁ In consideration of the above, it does not include the useless sampling range as much as possible. These optimum sampling ranges α ₄ , Α ₅ Is set so that the positional relationship in the height (optical axis) direction with respect to the substrate surface (semiconductor wafer surface 20) is always the same. Each measurement area Q ₁ ~ Q ₉ First and second optimum sampling ranges α ₄ , Α ₅ The method of offsetting the difference Δ with respect to is the same as in the first and second embodiments.
[0075]
In the third embodiment, each measurement area Q ₁ ~ Q ₉ When the height of the apex of the bump 21 is sequentially measured, the XYZθ stage 11 is moved to the first and second optimum sampling ranges α ₄ , Α ₅ Thus, a confocal image in the vicinity of the semiconductor wafer surface 20 and a confocal image in the vicinity of the apex of the bump 21 necessary for measuring the height of the bump 21 can be obtained by moving each with a predetermined pitch in the Z direction.
[0076]
As described above, in the third embodiment, the first optimum sampling range α that can detect the height of the semiconductor wafer surface 20 corresponding to the height of the semiconductor wafer surface 20. ₄ And the second optimum sampling range α that can detect the height of the top of the bump 21 corresponding to the height of the top of the bump 21. ₅ Only the height of the bump 21 is measured by sampling only. That is, the first and second optimum sampling ranges α shown in FIG. ₄ , Α ₅ Since it is useless to sample the range β part between the first and second optimum sampling ranges α, ₄ , Α ₅ By moving the XYZθ stage 11 at a coarser movement pitch than the Z-direction movement pitch of the Z-direction and moving the XYZθ stage 11 between the range β portions at high speed so as not to sample, the first or second The measurement tact can be further shortened compared to the embodiment.
[0077]
The third embodiment may be modified as follows.
[0078]
For example, in the third embodiment, the first and second optimum sampling ranges α are obtained in order to obtain two pieces of height information, that is, the height of the semiconductor wafer surface 20 and the height of the apex of the bump 21. ₄ , Α ₅ However, the optimum sampling range may be divided and set according to the required height information.
[0079]
(4) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0080]
The fourth embodiment is an optimum sampling range α in the first and second embodiments. ₃ Is a change. Accordingly, the fourth embodiment will be described with the aid of the confocal height measuring apparatus shown in FIG.
[0081]
In this confocal height measuring apparatus, the optimum sampling range is the second optimum sampling range α corresponding to the height of the apex of the bump 21 as shown in FIG. ₅ And the optimum sampling range including the apex of the bump 21 from the bottom surface of the sample 1, that is, the semiconductor wafer surface 20 (hereinafter referred to as a reference optimum sampling range) α. ₃ It is set to. Each measurement area Q ₁ ~ Q ₉ Reference sampling range α at ₃ And the second optimum sampling range α ₅ The method of offsetting the difference Δ with respect to is the same as in the first and second embodiments.
[0082]
This confocal height measuring apparatus has a plurality of measurement areas Q as shown in FIG. ₁ ~ Q ₉ When the height measurement of the bumps 21 is sequentially performed, these measurement areas Q ₁ ~ Q ₉ Of each measurement area, for example, measurement area Q ₁ , Q ₃ , Q ₅ , Q ₇ , Q ₉ Reference optimum sampling range α ₃ Sampling at each other measurement area Q ₂ , Q ₄ , Q ₆ , Q ₈ The second optimum sampling range α ₅ Sampling at.
[0083]
With such a configuration, each preset measurement area Q ₁ , Q ₃ , Q ₅ , Q ₇ , Q ₉ Then, the XYZθ stage 11 is set to the reference optimum sampling range α shown in FIG. ₃ And move at a predetermined pitch in the Z direction, and each confocal image is obtained by the CCD camera 14.
[0084]
The arithmetic processing unit 18 of the computer 15 receives each measurement area Q stored in the data storage unit 17. ₁ , Q ₃ , Q ₅ , Q ₇ , Q ₉ Each confocal image data is arithmetically processed for each time, and the Z position information of the semiconductor wafer surface 20 and the Z position information of the apex of the bump 21 are obtained by the above peak processing. The height of the bump 21 is calculated from the difference from the Z position information of the vertex.
[0085]
On the other hand, each other measurement area Q ₂ , Q ₄ , Q ₆ , Q ₈ Then, the second optimum sampling range α ₅ Is offset by the difference Δ based on the height position information of the previous measurement area so that the lower limit position is always the same with respect to the semiconductor wafer surface 20. Thereafter, the XYZθ stage 11 performs the second optimum sampling range α shown in FIG. ₅ To the lower limit position of the second optimum sampling range α ₅ Thus, each confocal image is obtained by the CCD camera 14 while being moved at a predetermined pitch in the Z direction.
[0086]
The arithmetic processing unit 18 of the computer 15 receives each measurement area Q stored in the data storage unit 17. ₂ , Q ₄ , Q ₆ , Q ₈ Each confocal image data is arithmetically processed every time, and the Z position of the apex of the bump 21 is obtained by the peak processing.
[0087]
By the way, the reference optimum sampling range α ₃ Each measurement area Q sampled in ₁ , Q ₃ , Q ₅ , Q ₇ , Q ₉ Then, the height information of the semiconductor wafer surface 20 is acquired. This measurement area Q ₁ , Q ₃ , Q ₅ , Q ₇ , Q ₉ Each measurement area Q from the height information and offset value (difference Δ) of the semiconductor wafer surface 20 acquired in ₂ , Q ₄ , Q ₆ , Q ₈ The height information of the semiconductor wafer surface 20 can be obtained.
[0088]
However, the arithmetic processing unit 18 calculates the height of the bump 21 from the difference between the height position of the semiconductor wafer surface 20 and the Z position of the apex of the bump 21.
[0089]
Thus, in the fourth embodiment, the second optimum sampling range α corresponding to the height of the apex of the bump 21 is obtained. ₅ And the reference optimum sampling range α including the apex of the bump 21 from the bottom surface of the sample 1, that is, the semiconductor wafer surface 20. ₃ Therefore, in the case where the surface accuracy is high, such as the semiconductor wafer surface 20, the Z position of the substrate surface in each measurement area is obtained from the tilt or offset value (difference Δ) of the substrate surface. Thus, it is possible to omit the sampling range for obtaining the Z position of the substrate surface.
[0090]
As a result, when it is necessary to precisely measure the height of the entire measurement area, the reference optimum sampling range α for measuring the height position with high accuracy ₃ To all measurement areas. When strict height measurement is not required, such as height variations, the reference optimum sampling range α for at least the first measurement area ₃ And set the second optimum sampling range α for other measurement areas. ₅ Set. In addition, when strict height measurement is required only at a plurality of locations in all measurement areas, the reference optimum sampling range α for the specified measurement areas ₃ And set the second sampling range α for the measurement area where other rough height measurements are acceptable. ₅ Set. As described above, the second optimum sampling range α for measuring only the Z position of the vertex with respect to the measurement area. ₅ Can be set further, compared with the third embodiment, the sampling range can be narrowed, and the tact of height measurement can be further shortened.
[0091]
(5) Next, a fifth embodiment of the present invention will be described.
[0092]
The fifth embodiment is an optimum sampling range α in the first and second embodiments. ₃ Is a change. Therefore, the fifth embodiment will be described with the aid of the confocal height measuring apparatus shown in FIG.
[0093]
In this confocal height measuring device, as shown in FIG. 10, the second sampling range α corresponding to the height of the apex of the bump 21 applied in the fourth embodiment. ₅ And a sampling range α corresponding to the height of the semiconductor wafer surface 20 applied in the third embodiment. ₄ And the sampling range α corresponding to the height of the apex of the pump 21 ₅ A third optimum sampling range α consisting of ₄ -Α ₅ Is set to In the fifth embodiment, the reference optimum sampling range α applied to the fourth embodiment. ₃ The third sampling range α applied in the third embodiment ₄ -Α ₅ It has been replaced with.
[0094]
Further, in this confocal height measuring apparatus, as shown in FIG. ₁ ~ Q ₉ When measuring the heights of the pumps 21 in sequence, these measurement areas Q ₁ ~ Q ₉ Measurement area Q at a predetermined location ₁ , Q ₃ , Q ₅ , Q ₇ , Q ₉ The third optimum sampling range α ₄ -Α ₅ Sampling at each other measurement area Q ₂ , Q ₄ , Q ₆ , Q ₈ The second optimum sampling range α ₅ Sampling is to be performed.
[0095]
As described above, in the fifth embodiment, the reference optimum sampling range α applied to the fourth embodiment. ₃ , The first optimum sampling range α corresponding to the height of the semiconductor wafer surface 20 ₄ And the second optimum sampling range α corresponding to the height of the apex of the pump 21 ₅ A third optimum sampling range α consisting of ₄ -Α ₅ Is replaced with the third optimum sampling range α as compared with the fourth embodiment. ₄ -Α ₅ The sampling range can be narrowed, and the tact time for height measurement can be further shortened.
[0096]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a height measurement method capable of shortening the measurement tact by reducing the sampling range for height measurement.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a confocal height measuring apparatus to which a first embodiment of a height measuring method according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing an optimum sampling range in the first embodiment of the height measuring method according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing height differences between measurement areas in the first embodiment of the height measurement method according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing each analysis point in the first embodiment of the height measuring method according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing each offset with respect to an optimum sampling range in each measurement area in the first embodiment of the height measuring method according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a proportional offset with respect to an optimum sampling range in each measurement area in the second embodiment of the height measurement method according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing an optimum sampling range in the third embodiment of the height measuring method according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing an optimum sampling range in the fourth embodiment of the height measuring method according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing measurement areas with different sampling patterns in the fourth embodiment of the height measurement method according to the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing an optimum sampling range in the fifth embodiment of the height measuring method according to the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing a sampling range when measuring the height from the semiconductor wafer surface to the bump apex.
FIG. 12 is a diagram showing a measurement order when a semiconductor wafer surface is divided into a plurality of measurement areas.
FIG. 13 is a diagram showing an error caused by an inclination when measuring a height from a semiconductor wafer surface to a bump apex.
FIG. 14 is a diagram showing analysis points that enable high-speed measurement in an optimum sampling range in the prior art.
[Explanation of symbols]
1: Sample, 2: Light source, 3: Lens, 4: Polarizing plate, 5: Polarizing beam splitter (PBS), 6: Rotating disk, 7: Rotating axis, 8: First imaging lens, 9: 1/4 wavelength Plate: 10: Objective lens, 11: XYZθ stage, 12: Stage moving mechanism controller, 13: Second imaging lens, 14: CCD camera, 15: Computer, 16: Data storage unit, 17: Data storage unit, 18: Arithmetic processing unit, 20: semiconductor wafer surface, 21: bump.

Claims

基準面を有する試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲を所定のステップで移動させながら前記試料の画像データを取得し、この画像データから前記試料の高さを測定する高さ測定方法において、
前記試料を複数の測定エリアに分割し、これら分割された前記測定エリアにおける前記試料の高さ測定を行なうとき、複数の前記測定エリアでの高さ測定毎に、前回高さ測定した前記測定エリアの前記基準面の高さと今回高さ測定する前記測定エリアの前記基準面の高さとの差分を求め、この差分だけ前記試料の高さ方向に対する前記サンプリング範囲をオフセットする、
ことを特徴とする高さ測定方法。 In the height measurement method of acquiring image data of the sample while moving a predetermined sampling range in a predetermined step in the height direction of the sample having a reference plane, and measuring the height of the sample from this image data,
When the sample is divided into a plurality of measurement areas, and the height of the sample in the divided measurement areas is measured, the measurement area where the previous height measurement was performed for each height measurement in the plurality of measurement areas wherein obtains a difference between the height of the reference surface of the measurement area for measuring the height and the current height of the reference plane, offsetting the sampling range to the height direction of the sample by the difference of,
A height measuring method characterized by the above.

基準面を有する試料の高さ方向に所定のサンプリング範囲を所定のステップで移動させながら前記試料の画像データを取得し、前記画像データから前記試料の高さを測定する高さ測定方法において、
前記試料を複数の測定エリアに分割し、これら分割された前記測定エリアにおける前記試料の高さ測定を行なうとき、隣接する少なくとも２つの前記測定エリア内で前記基準面の傾きを求め、前記測定エリア毎に前記傾きに基づいて前記サンプリング範囲をオフセットする、
ことを特徴とする高さ測定方法。 In the height measurement method of acquiring image data of the sample while moving a predetermined sampling range in a predetermined step in the height direction of the sample having a reference plane, and measuring the height of the sample from the image data,
When the sample is divided into a plurality of measurement areas and the height of the sample is measured in the divided measurement areas, the inclination of the reference plane is obtained in at least two adjacent measurement areas, and the measurement area Offset the sampling range based on the slope every time,
A height measuring method characterized by the above.

前記基準面の傾きは、最初に測定する前記測定エリアと当該前記測定エリアに隣接する前記測定エリアとから求めることを特徴とする請求項２記載の高さ測定方法。The height measurement method according to claim 2, wherein the inclination of the reference plane is obtained from the measurement area to be measured first and the measurement area adjacent to the measurement area.

前記基準面の傾きは、前回の前記測定エリアと今回の前記測定エリアとから求めることを特徴とする請求項２記載の高さ測定方法。The height measurement method according to claim 2, wherein the inclination of the reference plane is obtained from the previous measurement area and the current measurement area.

前記基準面の傾きは、最初に測定する前記測定エリア内の少なくとも３点以上の解析ポイントに基づいて、最小自乗平面演算にて求めることを特徴とする請求項２記載の高さ測定方法。3. The height measuring method according to claim 2, wherein the inclination of the reference plane is obtained by least squares plane calculation based on at least three analysis points in the measurement area to be measured first .

前記サンプリング範囲は、前記基準面に対して高さ方向の位置関係が常に同じになるように設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の高さ測定方法。The height measurement method according to claim 1, wherein the sampling range is set so that a positional relationship in a height direction is always the same with respect to the reference plane .

前記サンプリング範囲は、前記基準面の高さに対応する第１の最適サンプリング範囲と前記試料の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲とからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の高さ測定方法。The said sampling range consists of the 1st optimal sampling range corresponding to the height of the said reference surface , and the 2nd optimal sampling range corresponding to the height of the vertex of the said sample, The 1 or 2 characterized by the above-mentioned. The height measuring method described in 1.

前記サンプリングの範囲は、前記試料の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲と前記基準面から前記試料の頂点を含む所定の基準最適サンプリング範囲とに設定し、
複数の前記測定エリアのうち所定箇所の前記各測定エリアにおいて前記基準最適サンプリング範囲でサンプリングを行ない、他の各測定エリアにおいて前記第２のサンプリング範囲でサンプリングを行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高さ測定方法。The sampling range is set to a second optimum sampling range corresponding to the height of the vertex of the sample and a predetermined reference optimum sampling range including the vertex of the sample from the reference plane ,
Sampling is performed in the reference optimum sampling range in each measurement area at a predetermined position among the plurality of measurement areas, and sampling is performed in the second sampling range in each other measurement area.
The height measuring method according to claim 1 or 2, wherein

前記サンプリングの範囲は、前記試料の頂点の高さに対応する第２の最適サンプリング範囲と、前記基準面の高さ及び前記試料の頂点の高さとにそれぞれに対応する２つのサンプリング範囲を持つ第３の最適サンプリング範囲とに設定し、
複数の前記測定エリアのうち所定箇所の前記各測定エリアにおいて前記第３のサンプリング範囲でサンプリングを行ない、他の各測定エリアにおいて前記第２の最適サンプリング範囲でサンプリングを行なう、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高さ測定方法。The sampling range includes a second optimum sampling range corresponding to the height of the vertex of the sample, and two sampling ranges corresponding respectively to the height of the reference surface and the height of the vertex of the sample . Set to an optimal sampling range of 3,
Sampling is performed in the third sampling range in each measurement area at a predetermined position among the plurality of measurement areas, and sampling is performed in the second optimum sampling range in each of the other measurement areas.
The height measuring method according to claim 1 or 2, wherein