JPH05187822A - 干渉画像読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 例えばシリコンウェハー等の半導体ウェハー
やディスプレイ用ガラス基板等の各種物品の表面の平坦
度、もしくは基板等に形成した薄膜等の膜厚を光の干渉
を利用して検査もしくは評価する場合などに用いる干渉
画像読取装置を、構造簡単かつ小型に構成することを目
的とする。 【構成】 被検体Ｗを照明する略線状の光源３と、被検
体Ｗからの反射光を受光する略線状の一次元イメージセ
ンサ４とを備え、その光源３と一次元イメージセンサ４
もしくは被検体Ｗを、上記光源３または一次元イメージ
センサ４の長手方向と直角方向に移動走査して前記被検
体Ｗからの反射干渉画像を順次読み取ることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばシリコンウェハ
ー等の半導体ウェハーやディスプレイ用ガラス基板等の
加工物や各種物品の表面の平坦度や、基板等に形成した
薄膜等の膜厚を光の干渉を利用して検査もしくは評価す
る場合などに用いる干渉画像読取装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のような加工物表面の平坦度
や、薄膜等の膜厚分布を検査もしくは評価する場合に、
光の干渉を利用する方法が採られている。図３は上記の
ように光の干渉を利用して各種物品の表面の平坦度や膜
厚分布を検査もしくは評価する場合の従来の装置構成の
一例を示す説明図である。同図において、Ｗは加工物表
面の平坦度や薄膜等の膜厚分布を検査もしくは評価する
被検体であり、その被検体Ｗの上方には、光源Ｌ１や光
散乱板Ｌ２等を有する照明手段Ｌが配設されている。そ
の照明手段Ｌと被検体Ｗとの間にはハーフミラーＭが設
けられ、そのハーフミラーＭの側方にカメラＣを配置し
た構成である。

【０００３】上記の構成において、被検体Ｗとして例え
ば半導体ウェハー等の基板Ｗ１の表面の平坦度を検査も
しくは評価する場合には、その基板Ｗ１の検査もしくは
評価すべき面を上向きにして、その基板Ｗ１の上に、上
面に基準となる鏡面状の平面を有する透明板Ｗ２等を載
置固定する。そして、照明手段Ｌにより透明板Ｗ２を通
して基板Ｗ１の表面全面に単色光等を照射して、基板Ｗ
１の表面からの反射光と、透明板Ｗ２の基準平面からの
反射光との干渉画像を、ハーフミラーＭを介してカメラ
Ｃで捉えることによって基板Ｗ１の表面の平坦度を検査
もしくは評価するものである。

【０００４】即ち、上記のように透明板Ｗ２を通して基
板Ｗ１の表面に光を照射すると、基板Ｗ１の表面からの
反射光と、透明板Ｗ２の基準平面からの反射光とが互い
に干渉して縞状の像が現れる。その縞状の像は、基板Ｗ
１の表面と透明板Ｗ２の基準平面との間のギャップに応
じた濃淡を呈し、基板表面から透明板Ｗ２の基準平面ま
での高さを表す等高線と等価であり、その縞の発生状況
を見ることで、基板表面の平坦度を調べることができる
ものである。

【０００５】また例えば基板Ｗ１等の表面に形成した薄
膜Ｗ２の膜厚分布を検査もしくは評価する場合にも、上
記の場合と同様に照明手段Ｌにより薄膜表面に単色光等
を照射し、現れる干渉画像をカメラで捉えればよい。即
ち、薄膜表面に照射した光は膜の表面と裏面側とで反射
し、その反射光が互いに干渉して膜厚に応じた干渉縞が
現れる。その干渉縞の発生状況を見ることで膜厚の変化
や均一性等を調べることができるものである。

【０００６】

【発明が解決しょうとする課題】ところが、上記のよう
に干渉画像をカメラＣで捉えるようとすると、カメラＣ
と被検体Ｗとの間にある程度の距離が必要である。また
照明手段Ｌは被検体Ｗの表面全面にわたって一様な輝度
で照明しなければならないから、被検体Ｗの表面積以上
の面積が必要で、大型になり勝ちである。しかも照明手
段ＬやカメラＣの設置には、照明手段Ｌが被検体Ｗから
カメラＣへの反射光を遮らないように、また逆にカメラ
Ｃが照明手段Ｌによる被検体への照明光を遮らないよう
に配慮する必要があり、レイアウト上の制約があるほ
か、被検体Ｗは通常鏡面なのでカメラ自体が干渉画像に
映り込まないようにカメラＣを、図３のように暗箱Ｂ等
の中に設置しなければならない。そのため、装置の小型
化が困難で、従来は１つの独立した大型の装置として工
場等に設置しているが、広い設置スペースが必要となる
等の問題があった。この問題は被検体が大きくなるほど
深刻であった。

【０００７】本発明は、上記の問題点に鑑みて提案され
たもので、各種物品表面の平坦度や薄膜の膜厚分布等を
検査もしくは評価する場合などに用いる干渉画像読取装
置を、構造簡単かつ小型に構成することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明による干渉画像読取装置は、以下の構成とし
たものである。即ち、被検体を照明する略線状の光源
と、被検体からの反射光を受光する略線状の一次元イメ
ージセンサとを備え、その光源と一次元イメージセンサ
もしくは被検体を、上記光源または一次元イメージセン
サの長手方向と直角方向に移動走査して前記被検体から
の反射干渉画像を順次読み取ることを特徴とする。

【０００９】

【作用】上記のように構成された干渉画像読取装置で被
検体の平坦度等を調べる場合には、略線状の光源と一次
元イメージセンサもしくは被検体を、上記光源または一
次元イメージセンサの長手方向と直角方向に移動走査し
て前記被検体からの反射干渉画像を順次読み取ることに
よって、被検体表面の平坦度を調べることができる。こ
の場合、上記の一次元イメージセンサで読み取る領域は
線状であるため、そのセンサと被検体の距離は僅かでよ
く、また光源は観測点のみ照らせばよいからセンサと略
同じ長さで、光軸のずれ（公差）等を許容するだけの幅
を有すればよい。そのため光源とセンサは近接させて設
置することができ、装置全体を小型に構成することが可
能となる。

【００１０】

【実施例】以下、図に示す実施例に基づいて本発明によ
る干渉画像読取装置を具体的に説明する。図１は本発明
による干渉画像読取装置の一実施例を示す概略斜視図で
ある。同図において、１は検査もしくは評価すべき被検
体Ｗを載置する架台で、案内レール２に沿って移動可能
に設けられている。その架台１の上方に略線状（帯状）
の光源３と一次元イメージセンサ４とを、上記架台１の
移動方向と直角方向に配置した構成である。その光源３
としては、本実施例においてはＬＥＤアレイが用いら
れ、一次元イメージセンサ４としてはフォトダイオード
アレイが用いられている。

【００１１】上記光源３の下面側には、その光源３から
の光を均一化させる光拡散板５が配置され、その光拡散
板５と架台１との間にはハーフミラー６が配設されてい
る。光源３からの光は、上記ハーフミラー６を透過して
架台１上の被検体Ｗに照射され、その被検体Ｗからの反
射干渉画像をハーフミラー６を介して一次元イメージセ
ンサ４で読み取る構成である。

【００１２】なお上記光源３は、イメージセンサ４と略
同じ長さに形成され、またセンサ４との配置関係で多少
位置ずれ等が生じてもセンサ４による反射干渉画像読み
取り位置を照明できるだけの幅を持たせている。上記の
光源３としては、単色光源が好ましいが、用途によって
は白色光などを用いてもよい。また上記光源３の輝度
は、被検体Ｗの表面上で略均一になるようにするのが望
ましい。

【００１３】上記の構成において、例えば半導体ウェハ
ー等の基板Ｗ１の平坦度を検査もしくは評価する場合に
は、被検体Ｗとして上記基板Ｗ１を、その検査もしくは
評価すべき面を上にして架台１上に載置し、その基板Ｗ
１の上に、上面に基準となる鏡面状の平面を有する透明
板Ｗ２等を配置固定する。その被検体Ｗを架台１と共に
図で左右いずれか一方に移動させておき、光源３を点灯
して、その光源３からの光をハーフミラー６を透過して
上記被検体Ｗの表面に照射すると、その光の一部は透明
板Ｗ２の表面で反射し、残りは透明体Ｗ２を通って基板
表面で反射する。その両反射光は互いに干渉して縞状の
画像が現れ、その干渉画像をハーフミラー６を介して一
次元イメージセンサ４で読み取ることによって線状の一
次元干渉画像が得られる。

【００１４】その状態で架台１と共に被検体Ｗを上記と
反対方向に所定の速度で移動走査させて、被検体Ｗの移
動方向全長にわたって上記の読み取り操作を順次行う
と、被検体Ｗの表面全面の二次元的な干渉画像が得られ
る。その読み取った二次元的な干渉画像を、適宜の手段
で表示もしくはデータ処理することによって、被検体表
面の平坦度を調べることができるものである。

【００１５】例えば架台１の移動をコンピュータ等で制
御し、上記一次元の画像情報をフォトダイオードアレイ
駆動回路等を介して逐次コンピュータに取り込み、その
コンピュータの内部で画像処理してＣＲＴ等で、二次元
的な干渉画像として表示すれば、被検体Ｗの表面状態を
容易に観察することができる。また上記の画像情報を適
宜自動処理して、被検体表面が所定の許容範囲内の平坦
度を有するか否かを自動的に判別表示させることも可能
である。

【００１６】なお上記実施例は半導体ウェハーの平坦度
を検査もしくは評価する場合を例にして説明したが、他
の各種物品の平坦度を調べる場合などにも適用できる。
また物品表面の平坦度に限らず、基板Ｗ１等の表面に形
成した薄膜Ｗ２等の膜厚分布を検査もしくは評価する場
合などにも適用可能である。

【００１７】図２は本発明による干渉画像読取装置の他
の実施例を示すもので、光源３からの光を、被検体Ｗに
直接照射し、その反射干渉画像を直接一次元イメージセ
ンサ４で読み取るようにしたものである。他の構成は前
記実施例と同様である。上記のように構成すると、ハー
フミラーを省略することができ、構成をより簡略化する
ことができる。なお上記図１および図２の実施例は、架
台１を移動して被検体Ｗ側を走査するようにしたが、光
源３およびイメージセンサ４等よりなる画像読取機構側
を被検体Ｗに対して相対移動させて走査するようにして
もよい。

【００１８】〔実験例〕前記図１に示す干渉画像読取装
置を試作した。光源３としては、赤色ＬＥＤを直線状に
並べたものを用い、輝度を一様にするため光源３の下面
側に散乱板５を配置した。上記の光源３で被検体Ｗを法
線方向から照らし、その反射光をハーフミラー６を介し
てイメージセンサ４に導くようにした。そのイメージセ
ンサ４としてフォトダイオードアレイ（長さ６４ｍｍ、
５１２画素）を使用した。架台１の移動は、図に省略し
たコンピュータで制御し、一次元の画像情報は不図示の
フォトダイオードアレイ駆動回路を介して逐次コンピュ
ータに取り込むようにした。画像の合成は上記コンピュ
ータの内部で行い、その画像情報を図に省略したＣＲＴ
に表示するようにした。

【００１９】検査もしくは評価のための被検体Ｗとし
て、直径５０ｍｍ、膜厚が５〜１０ミクロンの膜厚分布
を有するシリコン膜を用意した。その被検体Ｗを０．１
ｍｍピッチで移動させながら順次画像読み取りを行い、
二次元の画像情報として合成した結果、従来のカメラに
よる方法と同等の画像が得られた。

【００２０】なお上記の試作した画像読取装置の外径寸
法は、およそ長さ１００ｍｍ、幅５０ｍｍ、高さ３０ｍ
ｍで移動機構を含めて要するスペースは、前記従来のカ
メラを用いる場合の５分の１以下とすることができた。
このスペース的な優位性は被検体が大きくなるほど顕著
になる。即ち、前記従来のようにカメラを用いる場合に
は、被検体の寸法の増大に伴って装置を三次元的に拡大
せざるを得ないから、要するスペースは被検体の寸法の
３乗に比例して増大するのに対し、本発明による場合
は、高さ方向に拡大させる必要がないため、要するスペ
ースは、最大でも被検体の寸法の２乗に比例して増大す
るだけである。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたように本発明による干渉画像
読取装置は、前記従来のものに比べて構造簡単かつ小型
に構成することができ、使い勝手のよい装置を提供でき
る。また上記のように小型に構成できるので、例えば加
工機器など他の装置に組み込むこともできる。その結
果、加工機器等の加工状態を迅速に把握して品質の向上
や歩留りを増大させて生産性を向上させることができる
等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による干渉画像読取装置の一実施例を示
す斜視図。

【図２】本発明による干渉画像読取装置の他の実施例を
示す斜視図。

【図３】従来の干渉画像読取装置の概略正面図。

【符号の説明】

１ 架台 ２ 案内レール ３ 光源 ４ 一次元イメージセンサ Ｗ 被検体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体を照明する略線状の光源と、被検
   体からの反射光を受光する略線状の一次元イメージセン
   サとを備え、その光源と一次元イメージセンサもしくは
   被検体を、上記光源または一次元イメージセンサの長手
   方向と直角方向に移動走査して前記被検体からの反射干
   渉画像を順次読み取ることを特徴とする干渉画像読取装
   置。