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公開番号2025093109
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-23
出願番号2023208636
出願日2023-12-11
発明の名称形状測定装置及び形状測定方法
出願人株式会社東京精密
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01B 11/24 20060101AFI20250616BHJP(測定;試験)
要約【課題】ウェーハの端部の被測定面の三次元形状を精度よく測定できる形状測定装置及び形状測定方法を提供する。
【解決手段】形状測定装置100は、ウェーハWの主面に平行な光軸Rに沿って測定光L1を被測定面Tに照射する光源部120と、光軸Rと同軸上に設けられ被測定面からの反射光を撮像するカメラ128とを有する光学ユニット104と、光学ユニット104を光軸Rに沿った方向に被測定面Tに対して相対移動させる光学ユニット駆動部106と、光軸Rに直交する方向から被測定面Tに側面照明光Mを照射する側面照明ユニット108と、光学ユニット104が相対移動している間にカメラ128が繰り返し撮像した複数の撮像画像に基づき、被測定面Tの三次元形状を示す三次元形状データを生成する制御装置110(形状データ生成部162)と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ウェーハの端部の被測定面の三次元形状を測定する形状測定装置であって、
前記ウェーハの主面に平行な光軸を有し、前記光軸に沿って同軸落射照明光を前記被測定面に照射する光源部と、前記光軸と同軸上に設けられ前記被測定面からの反射光を撮像する撮像部とを有する光学ユニットと、
前記光学ユニットを前記光軸に沿った方向に前記被測定面に対して相対移動させる相対移動部と、
前記光軸に直交する方向から前記被測定面に側面照明光を照射する側面照明ユニットと、
前記光学ユニットが前記相対移動している間に前記撮像部が繰り返し撮像した複数の撮像画像に基づき、前記被測定面の三次元形状を示す三次元形状データを生成する形状データ生成部と、
を備える形状測定装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記側面照明ユニットは、前記光軸に平行な方向を長手方向とする棒状発光体を有する、
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記側面照明ユニットは、前記ウェーハの端部を挟んで前記光軸に直交する方向の両側に設けられた一対の前記棒状発光体を有する、
請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記側面照明ユニットから照射される前記側面照明光の光量を制御する光量制御部を備える、
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項５】
一対の前記棒状発光体が発光する前記側面照明光の光量を互いに独立に制御する光量制御部を備える、
請求項３に記載の形状測定装置。
【請求項６】
前記側面照明ユニットは、前記主面に平行な面状に発光する面状発光体を有する、
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項７】
前記ウェーハを保持し、前記ウェーハの主面に直交する回転軸を中心に回転可能に構成された測定テーブルを有し、
前記光学ユニットに対向する位置に、前記ウェーハの端部の被測定面が位置するように、前記測定テーブルを回転させる測定制御部を備える、
請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項８】
前記形状データ生成部は、
前記複数の撮像画像に基づき、白色干渉方式により前記被測定面の三次元形状を示す第１形状データを生成する第１形状データ生成部と、
前記複数の撮像画像に基づき、フォーカスバリエーション方式により前記被測定面の三次元形状を示す第２形状データを生成する第２形状データ生成部と、
前記第１形状データ及び前記第２形状データの少なくとも一方の形状データから得られる指標値に基づき、前記第１形状データと前記第２形状データとを画素毎又は領域毎に選択的に組み合わせた統合形状データを生成する統合演算部と、
を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の形状測定装置。
【請求項９】
ウェーハの端部の被測定面の三次元形状を測定する形状測定方法であって、
前記ウェーハの主面に平行な光軸を有する光学ユニットを、前記光軸に沿った方向に前記被測定面に対して相対移動させる走査ステップと、
前記走査ステップが行われている間に、前記光学ユニットから前記光軸に沿って同軸落射照明光を前記被測定面に照射しつつ、前記光学ユニットにおいて前記光軸と同軸上に設けられた撮像部により前記被測定面からの反射光を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップが行われている間に、前記光軸に直交する方向から前記被測定面に側面照明光を照射する側面照明ステップと、
前記撮像ステップにおいて前記撮像部が撮像した複数の撮像画像に基づき、前記被測定面の三次元形状を示す三次元形状データを生成する形状データ生成ステップと、
を含む形状測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハの端部の被測定面の三次元形状を測定する形状測定装置及び形状測定方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等が形成されるシリコンウェーハ等の半導体ウェーハ（以下、「ウェーハ」という。）は、他部材との接触によって傷ついたり、欠けたりする場合がある。さらに、その傷や欠けが要因となり、ウェーハが割れることもある。そのため、ウェーハの製造工程においては、ウェーハの端部を研削することで面取り加工が行われる。
【０００３】
図１７に示すように、面取り加工されたウェーハＷの端部には、その外周縁の周方向に沿ってエッジ部８０が形成されるとともに、その外周縁の周方向の一部には切欠き部分であるノッチ部８２が形成される。また、エッジ部８０及びノッチ部８２は、面取り加工された面取り部８４を有している。ノッチ部８２は、図１７の左上に示した拡大図のように略Ｕ字状又は略Ｖ字状の形状を呈しており、両側の直線部８２ａ、８２ａと底部８２ｂとに大別される。ここで、底部８２ｂは、ノッチ部８２の中で奥側に位置し、所定の曲率を有する曲線状に構成される部分である。直線部８２ａ、８２ａは、各々の一端が底部８２ｂの両端にそれぞれ接続された直線状の部分である。直線部８２ａ、８２ａの各々の他端は、ウェーハＷの外周縁を構成するエッジ部８０に接続される。
【０００４】
エッジ部８０の断面形状は、図１７の右下に示した拡大図のように、傾斜面Ｓと平坦面Ｆとが設けられている。具体的には、ウェーハＷの上面Ｗｕ側と下面Ｗｄ側には、それぞれウェーハＷの厚み方向に対して斜めに傾斜した２つ傾斜面Ｓ、Ｓが形成されるとともに、２つの傾斜面Ｓ、Ｓの間には、ウェーハＷの厚み方向にほぼ垂直な平坦面Ｆが形成される。また、図示を省略するが、ノッチ部８２の断面形状もエッジ部８０の断面形状と共通した形状となっている。なお、ここでは、エッジ部８０及びノッチ部８２の断面形状の一例として、図１７に示した断面形状を示したが、これに限らず、角部に丸みを帯びたラウンド形状やその他の形状の場合もある。
【０００５】
ところで、ウェーハの製造工程においては、面取り加工が行われたウェーハの端部に傷や欠けが存在しいことを確認するとともに、その端部の形状を正しく測定して、その形状が設計上の形状に対して許容誤差の範囲内にあることを確認することが重要である。
【０００６】
例えば、特許文献１には、ウェーハの端部の形状を光投影測定法によって測定する形状測定装置が開示されている。この形状測定装置は、面取り加工されたウェーハの端部に対し、ウェーハの表裏各面に略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部の投影像を撮像し、その投影像に基づいてウェーハの端部の形状を測定する。この方法により得られる投影像の輪郭は、ウェーハの端部の断面形状（厚み方向に切断した断面の形状）である。
【０００７】
また、特許文献２には、測定対象物の被測定面の表面形状及び表面粗さ形状などの三次元形状を光学的に測定する三次元形状測定装置が開示されている。この三次元形状測定装置は、白色干渉顕微鏡を被測定面に対して垂直方向（Ｚ方向）に走査しながら一定のピッチ毎にカメラで撮像した複数の撮像画像に基づき、ＷＬＩ（White Light interferometry）方式（白色干渉方式）とＦＶ（Focus Variation）方式（フォーカスバリエーション方式、合焦点法）との両方の方式を併用して被測定面の三次元形状を測定するものである。
【０００８】
ここで、ＷＬＩ方式は、各撮像画像の同一座標の画素毎にＺ方向において輝度値が最大となるＺ方向位置に基づいて、測定対象物の被測定面の高さ情報を示す三次元形状データを演算する方式である。ＦＶ方式は、各撮像画像の画素毎の合焦度を演算し、各撮像画像の同一座標の画素毎に合焦度が最大になるＺ方向位置に基づいて、測定対象物の被測定面の高さ情報を示す三次元形状データを演算する方式である。
【０００９】
ＷＬＩ方式は、被測定面の高さ方向の分解能が高く（ｎｍ以下）、白色干渉顕微鏡（干渉対物レンズ）の光軸に平行な走査方向（Ｚ方向）に対して垂直に近い面の粗さ測定が得意であるという長所があるが、走査方向に対して傾いた傾斜面の測定感度が低いという短所がある。一方、ＦＶ方式は、ＷＬＩ方式に比べて被測定面の高さ方向の分解能は低くなる短所があるが、傾斜面に対する測定感度が高く、傾斜面に対する形状測定が得意であるという長所がある。
【００１０】
特許文献２に開示された三次元形状測定装置では、２つの方式の利点を生かして、ＷＬＩ方式による三次元形状演算結果及びＦＶ方式による三次元形状演算結果のうち、画素毎に精度が高い方を選択して被測定面の三次元形状データを生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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