JP6030471B2 - 形状測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、シャックハルトマン方式のセンサを用いてウェハの表面形状を測定する技術に関するものである。

シリコンやサファイア等で構成されるウェハからデバイスを製造する場合、ナノメートルオーダーの非常に微細な配線デザインが要求されている。これを実現するためにウェハの表面形状の平坦性の要求も高まっている。そこで、ウェハの平坦性を検査する測定装置においても非常に微細な測定精度が要求されている。

ウェハの測定装置では、ウェハの表面形状、特にロールオフ部と呼ばれるエッジ近傍の（例えばエッジ端から１〜５ｍｍの範囲）の平面からずれ形状を測定することが必要となる。

図１１は、シャックハルトマン方式の波面センサであるＳＨセンサを用いてウェハのロールオフ部を測定した場合の問題点を説明する図である。ウェハの表面は、中心からエッジに向けて平面部、ロールオフ部、及び面取り部に分けられる。

ロールオフ部の表面形状を測定する際には、ウェハ上におけるロールオフ部の位置座標を決定する必要がある。通常は、ウェハのエッジ位置を基準にして、ウェハの中心とエッジとを結んだ線上（半径方向）に座標が設定される。この際、高精度で座標の位置決めを実現する必要がある。

これを実現する場合、以下の問題が生じる。ＳＨセンサは光源光のウェハから反射光を受光して、表面形状を測定する。ロールオフ部や平面部の反射光はＳＨセンサの撮像面に到達することができる。そのため、ＳＨセンサは平面部及びロールオフ部の表面形状を測定することができる。しかしながら、面取り部よりエッジ側で反射された反射光はエッジの外側に向けて反射されるため、ＳＨセンサの撮像面に到達せず、ＳＨセンサはこの領域の表面形状を認識することができない。したがって、ＳＨセンサは、エッジ位置を基準としたときの平面部及びロールオフ部の表面形状の座標を正確に求めることができないという問題がある。

そこで、特許文献１では、ＳＨセンサを用いてウェハの表面形状データを算出する形状測定装置において、ＳＨセンサとは別に設けられた撮像装置により測定対象となるウェハのエッジ位置を検出し、検出したエッジ位置を基準として表面形状データを求めることが開示されている。

特開２０１１−２２６９８９号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、ＳＨセンサとは別にエッジを検出するための撮像装置が必要となるため、装置構成が複雑化し、コストが嵩むという問題がある。

本発明の目的は、ＳＨセンサのみを用いてウェハのエッジと測定領域の表面形状とを測定することができる形状測定装置を提供することである。

本発明の一態様による形状測定装置は、ウェハの表面の所定の測定領域の表面形状を測定する形状測定装置であって、前記ウェハの表面形状を測定するシャックハルトマン方式のＳＨセンサと、前記測定領域を照射する第１光源と、前記ＳＨセンサに対して前記ウェハの反対側に配置され、前記ウェハのエッジを照射し、前記エッジのシルエット像を前記ＳＨセンサに入射させる第２光源と、前記測定領域からの反射光を前記ＳＨセンサに入射させ、且つ、前記エッジを照射した光を前記ＳＨセンサに入射させる導光部とを含む。

この構成によれば、第１光源から照射された光は、測定領域で反射されＳＨセンサに導かれる。また、第２光源から照射された光はエッジを照射してＳＨセンサに導かれる。よって、ＳＨセンサは測定領域の表面形状とエッジとを測定することができる。その結果、ＳＨセンサとは別にエッジを測定するためのセンサを設けなくても、１つのＳＨセンサを用いて、測定領域の表面形状とエッジとを測定することができる。また、１つのＳＨセンサにより測定領域の表面形状とエッジとが測定されているため、エッジからの位置が正確に関連付けられた表面形状データを算出することができる。

また、この構成によれば、ＳＨセンサにはエッジのシルエット像が入射されるため、シルエット像からエッジ位置を検出することができる。

上記態様において、前記第１、第２光源は、それぞれ波長の異なる光を照射し、前記第１光源から照射された波長の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第１フィルタ領域と、前記第２光源から照射された波長の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第２フィルタ領域とを含む波長選択フィルタを更に備えてもよい。

この構成によれば、波長選択フィルタによって、第１光源から照射された光と第２光源から照射された光とが分離される。そのため、ＳＨセンサに表面形状の測定とエッジの測定とを同時に行わせることができる。

上記態様において、前記第１、第２光源は、それぞれ波長の異なる光を照射し、前記ＳＨセンサは、前記第１光源からの光に受光感度を持つ画素と前記第２光源からの光に受光感度を持つ画素とが少なくとも配列されたカラー撮像素子を備えてもよい。

この構成によれば、第１光源からはカラー撮像素子のある色成分と同じ色の光を照射させ、第２光源からはカラー撮像素子の別の色成分と同じ色の光を照射させる。これにより、既存のカラー撮像素子をＳＨセンサに組み込んで、第１光源からの光と第２光源からの光とを分離することができる。また、ＳＨセンサに表面形状の測定とエッジの測定とを同時に行わせることもできる。

上記態様において、前記第１光源から照射された光を第１偏光方向に偏光する第１偏光フィルタと、前記第２光源から照射された光を第２偏光方向に偏光する第２偏光フィルタと、前記第１偏光方向の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第１フィルタ領域と、前記第２偏光方向の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第２フィルタ領域とを含む偏光選択フィルタを更に備えてもよい。

この構成によれば、偏光選択フィルタにより、第１光源から照射された光と、第２光源から照射された光とが分離される。そのため、ＳＨセンサに表面形状の測定とエッジの測定とを同時に行わせることができる。

上記態様において、前記第１、第２光源をそれぞれ異なるタイミングで点灯させる点灯制御部を更に備えてもよい。

この構成によれば、第１、第２光源が異なるタイミングで点灯されているため、ＳＨセンサは第１光源が点灯している間に表面形状を測定し、第２光源が点灯している間にエッジを測定することができる。

上記態様において、前記第２光源から前記ＳＨセンサに入射する光線を追跡し、前記光線の前記ウェハ上での位置を検出し、検出した位置に基づいてエッジ位置を検出し、前記第１光源から前記ＳＨセンサに入射する光線を追跡し、前記エッジ位置を基準座標としたときの前記光線の前記ウェハ上での位置を検出する計算部を更に含んでもよい。

この構成によれば、第２光源からＳＨセンサに入射する光線が逆に追跡されてウェハ表面における光線の位置が検出され、その位置からエッジ位置が検出されているため、エッジ位置を正確に検出することができる。また、第１光源からＳＨセンサに入射する光線が逆に追跡され、エッジ位置を基準としたときのウェハ表面の光線の位置が検出されている。そのため、エッジ位置からの距離が正確に反映された表面形状データを求めることができる。

上記態様において、前記測定領域は、ロールオフ部であってもよい。

この構成によれば、ロールオフ部の表面形状を測定することができる。

本発明によれば、ＳＨセンサとは別にエッジを測定するためのセンサを設けなくても、１つのＳＨセンサを用いて、測定領域の表面形状とエッジとを測定することができる。また、１つのＳＨセンサにより測定領域の表面形状とエッジとが測定されているため、エッジからの位置が正確に関連付けられた表面形状データを算出することができる。

本発明の実施の形態による形状測定装置のハードウェア構成の一例を示した図である。 図１において、第１光源から照射される光の光路のみを示し、第２光源から照射される光の光路を省いた図である。 図１において、第２光源から照射される光の光路のみを示し、第１光源から照射される光の光路を省いた図である。 分離手法１の説明図であり、（Ａ）はＳＨセンサを光軸方向と直交する方向（横方向）から見た図であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ方向から波長選択フィルタを見た図である。 ＳＨセンサの測定原理を示す説明図である。 ＳＨセンサにおける波面角度の算出式を説明するための図である。 第１光源から照射された光線と第２光源から照射された光線とを示した模式図である。 計算部が光線のウェハにおける位置を算出する処理の説明図である。 （Ａ）は、分離手法３を適用した場合の形状計測装置のハードウェア構成の一例を示す図であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ方向から偏光選択フィルタを見た図である。 分離手法４を採用した場合の形状測定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 シャックハルトマン方式の波面センサであるＳＨセンサを用いてウェハのロールオフ部を測定した場合の問題点を説明する図である。

図１１に示すようにウェハの表面は、中心からエッジに向けて平面部、ロールオフ部、面取り部に分けられる。平面部は、ウェハの表面の平坦な領域である。ロールオフ部は、エッジ部に向けて緩やかな傾斜を持つ領域である。面取り部は、エッジ部に向けてロールオフ部よりも大きな傾斜を持つ領域である。ウェハを評価する場合、平面部の表面形状はもとより、ロールオフ部の表面形状も有効な評価指標となる。そこで、本実施の形態では、ロールオフ部の表面形状を測定する場合を例に挙げて説明する。但し、これは一例であり、ロールオフ部以外の領域であってＳＨセンサの画角内の領域（例えば、平面部）を測定領域として設定し、表面形状を測定してもよい。

図１は、本発明の実施の形態による形状測定装置のハードウェア構成の一例を示した図である。形状測定装置は、第１光源１１、第２光源１２、ＳＨ（シャックハルトマン）センサ１３、ハーフミラー１４（導光部の一例）、置換部７０１、サンプル支持台７０２、及び計算部８０を含む。

本実施の形態の形状測定装置は、ＳＨセンサ１３用の第１光源１１とは別に第２光源１２を設け、両光源からの光を一つのＳＨセンサ１３で受光することを特徴としている。

第１光源１１は、一方向に進行する性質を持つ光１０１をハーフミラー１４に向けて照射する。第１光源１１は、光１０１がウェハＷの表面と平行になるように配置されている。

第２光源１２は、ＳＨセンサ１３に対してウェハＷのエッジＷＥを介して反対側に配置されている。第２光源１２は、一方向に進行する性質を持つ光１０２をウェハＷの裏側からエッジＷＥに向けて照射する。ここで、第２光源１２は、光１０２がウェハＷの表面と直交し、かつ、一部の光がエッジＷＥに遮蔽されるように配置されている。

第１、第２光源１１、１２は、例えば、レーザ光源及びレーザ光源から照射された光を平行光に変換するコリメート光学系を含む。

ＳＨセンサ１３は、シャックハルトマン方式の波面センサであり、エッジＷＥの上部に配置されている。

図２は、図１において、第１光源１１から照射される光１０１の光路のみを示し、第２光源１２から照射される光１０２の光路を省いた図である。ハーフミラー１４は、光１０１を反射し、９０度偏向させてウェハＷのロールオフ部に導き、ロールオフ部により反射された光１０１を透過してＳＨセンサ１３に導く。なお、ハーフミラー１４により反射された光１０１の一部はエッジＷＥの外側を通過して第２光源１２側に進む。

図３は、図１において、第２光源１２から照射される光１０２の光路のみを示し、第１光源１１から照射される光１０１の光路を省いた図である。第２光源１２から照射された光１０２は、一部がウェハＷにより遮蔽され、残りがエッジＷＥの外側を通過し、ハーフミラー１４により透過されＳＨセンサ１３に導かれる。これにより、ＳＨセンサ１３には、ウェハＷのシルエット像が表れ、ＳＨセンサ１３はエッジＷＥを測定することができる。

ＳＨセンサ１３に到達する光は、第１光源１１から照射された光と第２光源から照射された光とが部分的に重なった状態となる。このため、２つの光を分離する必要がある。以下、第１光源１１及び第２光源からの光を分離する手法について説明する。

・分離手法１
図４は、分離手法１の説明図であり、（Ａ）はＳＨセンサ１３を光軸方向と直交する方向（横方向）から見た図であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ方向から波長選択フィルタ４３を見た図である。図４では、撮像素子４１の垂直方向をＸ方向とし、水平方向をＹ方向とする。なお、Ｙ方向はウェハＷの径方向に対応している。ＳＨセンサ１３は、撮像素子４１及び撮像素子４１の前方に配置されたマイクロレンズアレイ４２を含む。

分離手法１は、第１光源１１及び第２光源１２にそれぞれ異なる波長の光を照射させ、第１光源１１からの光と第２光源１２からの光とを波長選択フィルタ４３で分離する手法である。

波長選択フィルタ４３は、マイクロレンズアレイ４２の前方に配置されている。波長選択フィルタ４３はフィルタ領域４３１（第１フィルタ領域の一例）及びフィルタ領域４３２（第２フィルタ領域の一例）を含む。フィルタ領域４３１は、第１光源１１から照射された第１波長の光１０１を透過するフィルタにより構成され、第１波長の光をＳＨセンサ１３に導く。フィルタ領域４３２は、第２光源１２から照射された第２波長の光１０２を透過するフィルタにより構成され、第２波長の光をＳＨセンサ１３に導く。

ロールオフ部で反射された光１０１は、第１波長の光である。そのため、フィルタ領域４３１に到達した光１０１はＳＨセンサ１３に入射するが、フィルタ領域４３２に到達した光１０１はフィルタ領域４３２を透過できず、ＳＨセンサ１３に入射しない。

一方、第２光源１２から照射された光１０２は第２波長の光である。そのため、フィルタ領域４３２に到達した光１０２はＳＨセンサ１３に入射するが、フィルタ領域４３１に到達した光１０２は、フィルタ領域４３１を透過できず、ＳＨセンサ１３に入射しない。

なお、光１０２は、一部の光がウェハＷにより遮蔽されるため、エッジのシルエット像となる。そのため、図４（Ｂ）では、フィルタ領域４３２は、右側に示す領域のみ光が受光されており、エッジのシルエット像が表れている。これにより、ＳＨセンサ１３はウェハＷのエッジを測定することができる。

このように、分離手法１では、波長選択フィルタ４３が設けられているため、撮像素子４１の撮像面４１ａは、フィルタ領域４３１に対応する受光領域４１１とフィルタ領域４３２に対応する受光領域４１２とに分けられる。なお、受光領域４１１の撮像面４１ａにおける位置と、受光領域４１２の撮像面４１ａにおける位置とは、フィルタ領域４３１とフィルタ領域４３２とのサイズから予め定められる。そのため、計算部８０は、受光領域４１１により受光された光は第１光源１１から照射された光１０１であると認識し、受光領域４１２により受光された光は第２光源１２から照射された光１０２であると認識することができる。よって、１つのＳＨセンサ１３のみ用いてロールオフ部の表面形状とエッジとを測定することができる。

・分離手法２
分離手法２は、第１光源１１から例えばＲ（赤）の光を照射させ、第２光源１２から例えばＧ（緑）の光を照射させ、ＳＨセンサ１３の撮像素子４１としてカラー撮像素子を採用した手法である。カラー撮像素子としては、例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの光に受光感度を持つ画素が例えば、ベイヤー配列で配置された撮像素子を採用すればよい。

第１光源１１から照射された光１０１はＲの光であるため、Ｒの画素で受光され、第２光源１２から光１０２はＧの光であるため、Ｇの画素で受光される。よって、計算部８０は、撮像素子４１で撮像された測定画像においてＲの色成分の測定画像が光１０１であると認識し、Ｇの色成分の測定画像が光１０２であると認識することができる。

この構成では、波長選択フィルタ４３を設けなくても、撮像素子４１が撮像した測定画像の色成分により光１０１と光１０２とを分離することができる。

なお、上記説明では、光１０１をＲ、光１０２をＧとしたが、これは一例にすぎず、他の色を採用してもよい。この場合、撮像素子４１を光１０１、１０２の色に対応する画素を持つカラー撮像素子で構成すればよい。

図１に戻り、サンプル支持台７０２は、ウェハＷが設置される。サンプル支持台７０２には、複数のピン７０３が設けられている。ピン７０３としては、ウェハＷを支持する支持ピンの他、ウェハＷを位置決めするための位置決めピン等が含まれる。

置換部７０１は、現在、サンプル支持台７０２に設置されているウェハＷを別のウェハＷに置き換えるための装置である。ここで、置換部７０１としては、ウェハＷを自動的に置き換えるロボット機構を採用してもよいし、ウェハＷを手動で置き換える手動機構を採用してもよい。

計算部８０は、例えばＣＰＵ等を含むコンピュータにより構成されている。計算部８０は、ＳＨセンサ１３により撮像された測定画像に基づき、ロールオフ部の表面形状データを算出する。図５は、ＳＨセンサ１３の測定原理を示す説明図である。ＳＨセンサ１３は、マイクロレンズアレイ４２及びマイクロレンズアレイ４２の後方に設けられた撮像素子４１を含む。マイクロレンズアレイ４２は、複数のマイクロレンズ４２１が所定行×所定列でアレイ状に配列されたレンズである。撮像素子４１は、複数の画素が所定行×所定列でアレイ状に配列された撮像素子であり、例えば、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが採用される。

ＳＨセンサ１３は、入射光をマイクロレンズ４２１で結像し、得られた入射光の像を撮像素子４１に撮像させる。撮像素子４１の撮像面４１ａは、各マイクロレンズ４２１に対応して複数のブロック４１ｂに分けられる。入射光が平面波の場合、図５（Ａ）に示すように、入射光は各ブロック４１ｂの中心に結像される。

一方、入射光に歪みが生じている場合、図５（Ｂ）に示すように、入射光は各ブロック４１ｂにおいて、中心からずれて結像される。よって、各ブロック４１ｂにおいて、結像点４１ｃの中心からのずれを求めることで、平面波に対する波面の角度（波面角度）が分かり、波面角度からウェハの各位置での傾きが分かり、その傾きを積分することで、ウェハの各位置での高さデータが得られる。

図６は、ＳＨセンサ１３における波面角度の算出式を説明するための図である。マイクロレンズ４２１は撮像素子４１側に凸のドーム状の断面形状を持つ。基準結像点Ｐ４０１は、波面が撮像素子４１の撮像面と平行な平面波ＷＶ１の撮像素子４１における結像点を示す。基準結像点Ｐ４０１は、マイクロレンズ４２１の光軸４２１ａと撮像素子４１との交点である。結像点Ｐ４０２は、波面が撮像素子４１の撮像面から傾斜した観測波ＷＶ２の撮像素子４１における結像点を示す。図６において、マイクロレンズアレイ４２と撮像素子４１との間の距離をＦとする。また、基準結像点Ｐ４０１と結像点Ｐ４０２との間の距離をＬとする。

幾何学的関係から、波面角度θは、ｔａｎθ＝Ｌ／Ｆで表される。よって、計算部８０は、ＳＨセンサ１３の撮像素子４１により撮像された測定画像から、各ブロック４１ｂにおける結像点Ｐ４０２の基準結像点Ｐ４０１からのずれ量（距離Ｌ）を求め、θ＝ｔａｎ^−１（Ｌ／Ｆ）により、各ブロック４１ｂにおける波面角度θを算出する。

なお、ＳＨセンサ１３は、ウェハＷの径方向にＹ軸、Ｙ軸と直交する方向をＸ軸として２次元の画像データを撮像する。そのため、結像点Ｐ４０２から基準結像点Ｐ４０１のずれ量はＸ成分とＹ成分とのずれ量が存在するが、本実施の形態では、径方向にそったウェハＷの高さデータの変化を測定することを主眼としている。そこで、計算部８０は、Ｙ成分のずれ量を図４に示す距離Ｌとして求め、波面角度θを求める。

図７は、第１光源１１から照射された光線１０１ａと第２光源１２から照射された光線１０２ａとを示した模式図である。光線１０１ａは、ロールオフ部の形状に応じて撮像面４１ａの入射角度が異なる。また、ウェハＷはエッジに向かうにつれて撮像面４１ａに対する傾斜が大きくなるため、エッジ付近で反射された光線１０１ａはエッジの外側に大きく傾斜している。

第２光源１２は、照射面が撮像面４１ａと平行となるように撮像面４１ａの下側に配置されているため、光線１０２ａは傾斜することなく撮像面４１ａに入射している。

しかしながら、光線１０２ａのうち、ウェハＷの表面及びＳＨセンサ１３の撮像面４１ａに対して直交する方向から僅かに傾いて撮像面４１ａに入射する光線１０２ａも存在する。

一方、ＳＨセンサ１３の測定値は、光線１０２ａの位置と角度の情報を含んでいる。そのため、光線１０２ａを幾何学的に追跡することで、ウェハＷ表面での光線１０２ａの位置を算出することができる。そこで、計算部８０は、撮像面４１ａに対して傾斜して入射する光線１０２ａを逆に追跡し、光線１０２ａのウェハＷにおける位置を算出する。

図８は、計算部８０が光線６０１のウェハＷにおける位置を算出する処理の説明図である。光線６０１は、第２光源１２から照射されたある光線１０２ａを示す。基準座標Ｒ０はＳＨセンサ１３の座標系の基準座標を示す。ａは結像点Ｐ４０２の基準座標Ｒ０からのＹ成分の距離を示す。マイクロレンズアレイ４２とウェハＷ表面との距離をＤとする。

光線６０１は、撮像面４１ａに対して直交する方向６０２から傾斜角度θだけ傾斜して入射し、撮像面４１ａに結像点Ｐ４０２を形成する。図６で説明したように、結像点Ｐ４０２の基準結像点Ｐ４０１に対するＹ成分のずれから光線Ｐ６０１の波面角度θが得られる。波面角度θは、光線Ｐ６０１に直交する直線と撮像面４１ａとのなす角度であるため、傾斜角度θを表す。よって、光線６０１のウェハＷ表面における位置Ｐ６０２の基準座標Ｒ０からのＹ成分の座標ｂはｂ＝ａ−Ｄｔａｎθとなる。なお、位置Ｐ６０２のＸ成分の座標は、結像点Ｐ４０２が表れたブロックに対応する座標を採用すればよい。

したがって、計算部８０は、ｂ＝ａ−Ｄｔａｎθから位置Ｐ６０２のＹ成分の座標を求めることができる。そして、計算部８０は、第２光源１２から照射される光線６０２の全ての結像点Ｐ４０２に対応するウェハＷ表面の位置の座標を求めることで、撮像素子４１で受光されたエッジのシルエット像を補正し、補正後のシルエット像から、エッジ位置を求める。ここで、エッジ位置の算出手法としては、例えば、補正後のシルエット像からピークの位置を検出し、その位置の座標をエッジ位置とする手法を採用すればよい。

上記説明では、第２光源１２からの光線１０２ａが光線６０１であるものとして説明したが、第１光源１１の光線１０１ａについても同様のことが成り立つ。

そこで、計算部８０は、光線１０１ａについても、光線１０２ａと同様にして、基準座標Ｒ０からウェハＷ表面での位置の座標を求め、表面形状データを算出すればよい。ここで、表面形状データは、ロールオフ部の各位置の高さを示す高さデータが所定行×所定列で配列されたデータ構造を持つ。具体的には、図５（Ａ）に示すように、測定画像Ｐ３０１からは、結像点４１ｃ毎に高さデータが得られるため、表面形状データは、結像点４１ｃに対応して高さデータが配列されたデータ構造を持つ。

図８に示すように、位置Ｐ６０２の傾きφは、φ＝（１／２）・θで表される。ここで、位置Ｐ６０２の傾きとはウェハＷの微視的な傾きを示し、点線で示すウェハＷ表面の大局的な傾きに対する角度を示す。また、位置Ｐ６０２のＹ成分の座標は、座標ｂで表される。そこで、計算部８０は、エッジ位置のＹ成分の座標を基準座標としたときの位置Ｐ６０２のＹ成分の座標を求める。そして、計算部８０は、Ｙ軸と平行なある１ラインにおいて、φをロールオフ部の全域でＹについて積分し、高さデータΦ（＝∫φ（Ｙ）ｄＹ）を求める。計算部８０は、この積分をＹ軸と平行な全てのラインに対して行い、ウェハＷのロールオフ部の全域での表面形状データを求める。

本実施の形態では、１つのＳＨセンサ１３を用いてロールオフ部の表面形状とエッジとを測定させている。そして、エッジ位置を基準座標としてロールオフ部の表面形状データが算出されている。そのため、エッジ位置からの距離が正確に反映された表面形状データを算出することができる。

なお、上記説明では、光１０１、１０２の分離手法として分離手法１、２を説明したが、他の分離手法を採用してもよい。以下、説明する。

・分離手法３
分離手法３は、第１光源１１から照射される光１０１を第１偏光方向に偏光させ、第２光源１２から照射される光１０２を第２偏光方向に偏光させ、偏光方向に基づいて、光１０１と光１０２とを分離する手法である。

図９（Ａ）は、分離手法３を適用した場合の形状計測装置のハードウェア構成の一例を示す図であり、（Ｂ）はＢ−Ｂ方向から偏光選択フィルタ９００を見た図である。

第１光源１１の前方には偏光フィルタ８０１（第１偏光フィルタの一例）が配置されている。偏光フィルタ８０１は、光１０１を第１偏光方向に偏光させる。第２光源１２の前方には偏光フィルタ８０２（第２偏光フィルタの一例）が配置されている。偏光フィルタ８０２は、光１０２を第２偏光方向に偏光させる。ここで、第１偏光方向と第２偏光方向とは９０度ずれている。

ＳＨセンサ１３の前方には、偏光選択フィルタ９００が設けられている。偏光選択フィルタ９００は、図９（Ｂ）に示すように、フィルタ領域９０１（第１フィルタ領域の一例）及びフィルタ領域９０２（第２フィルタ領域の一例）を含む。図９では、Ｙ方向はウェハＷの径方向に対応している。Ｘ方向はＹ方向に直交する方向である。

フィルタ領域９０１は、偏光フィルタ８０１を透過した第１偏光方向の光１０１を透過し、ＳＨセンサ１３に導く。フィルタ領域９０２は、偏光フィルタ８０２を透過した第２偏光方向の光１０２を透過し、ＳＨセンサ１３に導く。

ロールオフ部で反射された光１０１は、第１偏光方向の光である。そのため、フィルタ領域９０１に到達した光１０１はＳＨセンサ１３に入射するが、フィルタ領域９０２に到達した光１０１はフィルタ領域９０１を透過できず、ＳＨセンサ１３に入射しない。

一方、第２光源１２から照射された光１０２は第２偏光方向の光である。そのため、フィルタ領域９０２に到達した光１０２はＳＨセンサ１３に入射するが、フィルタ領域９０１に到達した光１０２は、フィルタ領域９０１を透過できず、ＳＨセンサ１３に入射しない。

なお、光１０２は、一部の光がウェハＷにより遮蔽されるため、エッジのシルエット像となる。そのため、図９（Ｂ）では、フィルタ領域９０２は、右側に示す領域のみ光を受光し、エッジのシルエット像が表れている。これにより、ＳＨセンサ１３はウェハＷのエッジを測定することができる。また、図９（Ｂ）では、光１０１、１０２の色を変えて表示しているが、実際には偏光方向が異なるだけで、色は異ならない。

分離手法１〜３では、第１、第２光源１１、１２を同時に点灯し、ロールオフ部の表面形状とエッジとを同時に測定できるため、測定時間を高速化することができる。そのため、動いているウェハＷを測定対象とする場合に有用である。

・分離手法４
分離手法４は、第１光源１１と第２光源１２との点灯タイミングをずらすことで、第１光源１１の光１０１と第２光源１２の光１０２とを分離する手法である。

図１０は、分離手法４を採用した場合の形状測定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。分離手法４では、点灯制御部９０が更に設けられている。第１光源１１の前方にはシャッター９２１が配置されている。第２光源１２の前方にはシャッター９２２が配置されている。シャッター９２１、９２２としては、電気式又は機械式のシャッターを採用することができる。まず、点灯制御部９０は、第１、第２光源１１、１２を共に点灯させる。そして、点灯制御部９０は、ＳＨセンサ１３にロールオフ部の表面形状を測定させる場合、シャッター９２２を閉じ、シャッター９２１を開く。

一方、点灯制御部９０は、ＳＨセンサ１３にエッジを測定させる場合、シャッター９２１を閉じ、シャッター９２２を開ける。

計算部８０は、シャッター９２２が閉じ、シャッター９２１が開いている場合、ＳＨセンサ１３により測定された測定画像からロールオフ部の表面形状データを算出する。一方、シャッター９２１が閉じ、シャッター９２２が開いている場合、計算部８０は、ＳＨセンサ１３により測定された測定画像からエッジ位置を算出する。そして、計算部８０は、エッジ位置を基準座標として表面座標形状データを求める。

上記説明では、シャッター９２１、９２２を設けたが、これを省いてもよい。この場合、点灯制御部９０は、ＳＨセンサ１３にロールオフ部の表面形状を測定させる場合、第１光源１１を点灯し、第２光源１２を消灯すればよい。一方、ＳＨセンサ１３にエッジを測定させる場合、第２光源１２を点灯し、第１光源１１を消灯すればよい。

分離手法４では、ＳＨセンサ１３の前方に、光１０１、１０２を空間的に分離するフィルタ等を設けなくても、１つのＳＨセンサ１３に表面形状の測定とエッジの測定とを行わせることができる。

１１ 第１光源
１２ 第２光源
１３ ＳＨセンサ
１４ ハーフミラー（導光部）
４１ 撮像素子
４２ マイクロレンズアレイ
４３ 波長選択フィルタ
８０ 計算部
９０ 点灯制御部
１０１、１０２ 光
１０１ａ、１０２ａ 光線
４３１、４３２ フィルタ領域（第１フィルタ領域、第２フィルタ領域）
８０１、８０２ 偏光フィルタ
９００ 偏光選択フィルタ
９０１、９０２ フィルタ領域（第１フィルタ領域、第２フィルタ領域）

Claims (7)

1. ウェハの表面の所定の測定領域の表面形状を測定する形状測定装置であって、
   前記ウェハの表面形状を測定するシャックハルトマン方式のＳＨセンサと、
   前記測定領域を照射する第１光源と、
   前記ＳＨセンサに対して前記ウェハの反対側に配置され、前記ウェハのエッジを照射し、前記エッジのシルエット像を前記ＳＨセンサに入射させる第２光源と、
   前記測定領域からの反射光を前記ＳＨセンサに入射させ、且つ、前記エッジを照射した光を前記ＳＨセンサに入射させる導光部とを含む形状測定装置。
2. 前記第１、第２光源は、それぞれ波長の異なる光を照射し、
   前記第１光源から照射された波長の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第１フィルタ領域と、前記第２光源から照射された波長の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第２フィルタ領域とを含む波長選択フィルタを更に備える請求項１記載の形状測定装置。
3. 前記第１、第２光源は、それぞれ波長の異なる光を照射し、
   前記ＳＨセンサは、前記第１光源からの光に受光感度を持つ画素と前記第２光源からの光に受光感度を持つ画素とが少なくとも配列されたカラー撮像素子を備える請求項１記載の形状測定装置。
4. 前記第１光源から照射された光を第１偏光方向に偏光する第１偏光フィルタと、
   前記第２光源から照射された光を第２偏光方向に偏光する第２偏光フィルタと、
   前記第１偏光方向の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第１フィルタ領域と、前記第２偏光方向の光を透過させて前記ＳＨセンサに導く第２フィルタ領域とを含む偏光選択フィルタを更に備える請求項１記載の形状測定装置。
5. 前記第１、第２光源をそれぞれ異なるタイミングで点灯させる点灯制御部を更に備える請求項１記載の形状測定装置。
6. 前記第２光源から前記ＳＨセンサに入射する光線を追跡し、前記光線の前記ウェハ上での位置を検出し、検出した位置に基づいてエッジ位置を検出し、前記第１光源から前記ＳＨセンサに入射する光線を追跡し、前記エッジ位置を基準座標としたときの前記光線の前記ウェハ上での位置を検出する計算部を更に含む請求項１〜５のいずれかに記載の形状測定装置。
7. 前記測定領域は、ロールオフ部である請求項１〜６のいずれかに記載の形状測定装置。

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