JP2002296020A - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
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- JP2002296020A JP2002296020A JP2001100314A JP2001100314A JP2002296020A JP 2002296020 A JP2002296020 A JP 2002296020A JP 2001100314 A JP2001100314 A JP 2001100314A JP 2001100314 A JP2001100314 A JP 2001100314A JP 2002296020 A JP2002296020 A JP 2002296020A
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- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
- G01B11/25—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で大きなサイズの被検物の表面形
状を測定可能とす。 【解決手段】 被検物表面の直前に配置された基準格子
を照明し、その格子像を被検物表面に照射する照明手段
と、被検物表面に照射された格子像と基準格子とにより
発生するモアレ縞を撮像する撮像手段と、基準格子をそ
の格子面に垂直な軸回りに回転する回転手段と、基準格
子の回転角度情報と得られるモアレ縞画像とに基づいて
被検物表面の形状を解析する解析手段と、を備える。
状を測定可能とす。 【解決手段】 被検物表面の直前に配置された基準格子
を照明し、その格子像を被検物表面に照射する照明手段
と、被検物表面に照射された格子像と基準格子とにより
発生するモアレ縞を撮像する撮像手段と、基準格子をそ
の格子面に垂直な軸回りに回転する回転手段と、基準格
子の回転角度情報と得られるモアレ縞画像とに基づいて
被検物表面の形状を解析する解析手段と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モアレ縞を利用し
て被検物表面の形状を測定する表面形状測定装置に関す
る。
て被検物表面の形状を測定する表面形状測定装置に関す
る。
【０００２】
【従来技術】光源からの光を所定のピッチで形成された
基準格子を介して被検物表面に照射し、被検物表面にで
きた基準格子の影を、照明方向とは別方向から基準格子
を介して観測すると、基準格子の影と基準格子の重なり
によって被検物表面の凹凸情報を持つモアレ縞が得られ
る。
基準格子を介して被検物表面に照射し、被検物表面にで
きた基準格子の影を、照明方向とは別方向から基準格子
を介して観測すると、基準格子の影と基準格子の重なり
によって被検物表面の凹凸情報を持つモアレ縞が得られ
る。
【０００３】このモアレ縞に基づき被検物の表面形状が
測定できる。その測定方法としては、基準格子と被検物
表面との距離を微小変位させてモアレ縞をシフトさせる
位相シフト法が知られている。
測定できる。その測定方法としては、基準格子と被検物
表面との距離を微小変位させてモアレ縞をシフトさせる
位相シフト法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
測定では次のような問題があった。例えば、直径が３０
０ｍｍの半導体ウエハの表面形状を測定する場合、その
大きさを持つ基準格子を必要とし、大きなサイズの基準
格子を被検物表面に対して精度良く平行に微小移動する
の困難である。また、必要な測定精度を満たすように基
準格子を平行移動する機構は複雑になる。
測定では次のような問題があった。例えば、直径が３０
０ｍｍの半導体ウエハの表面形状を測定する場合、その
大きさを持つ基準格子を必要とし、大きなサイズの基準
格子を被検物表面に対して精度良く平行に微小移動する
の困難である。また、必要な測定精度を満たすように基
準格子を平行移動する機構は複雑になる。
【０００５】本発明は、上記従来技術に鑑み、簡単な構
成で大きなサイズの被検物の表面形状を測定可能とする
表面形状測定装置を提供することを技術課題とする。
成で大きなサイズの被検物の表面形状を測定可能とする
表面形状測定装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。
に、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とす
る。
【０００７】（１） 被検物の表面形状を測定する表面
形状測定装置において、被検物表面の直前に配置された
基準格子と、該基準格子を照明しその格子像を被検物表
面に照射する照明手段と、被検物表面に照射された格子
像と前記基準格子とにより発生するモアレ縞を撮像する
撮像手段と、前記基準格子をその格子面に垂直な軸回り
に回転する回転手段と、該回転手段により回転される前
記基準格子の回転角度情報と前記撮像手段により得られ
るモアレ縞画像とに基づいて被検物表面の形状を解析す
る解析手段と、を備えることを特徴とする。
形状測定装置において、被検物表面の直前に配置された
基準格子と、該基準格子を照明しその格子像を被検物表
面に照射する照明手段と、被検物表面に照射された格子
像と前記基準格子とにより発生するモアレ縞を撮像する
撮像手段と、前記基準格子をその格子面に垂直な軸回り
に回転する回転手段と、該回転手段により回転される前
記基準格子の回転角度情報と前記撮像手段により得られ
るモアレ縞画像とに基づいて被検物表面の形状を解析す
る解析手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】（２） （１）の解析手段は、前記撮像手
段により得られる画像の各位置について、光強度が最大
になるときの回転角度情報と光強度が最小になるときの
回転角度情報を求め、該２つの回転角度情報に基づいて
被検物表面の形状を解析することを特徴とする。
段により得られる画像の各位置について、光強度が最大
になるときの回転角度情報と光強度が最小になるときの
回転角度情報を求め、該２つの回転角度情報に基づいて
被検物表面の形状を解析することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明に係る表面形状測定
装置の概略構成図である。
に基づいて説明する。図１は本発明に係る表面形状測定
装置の概略構成図である。
【００１０】１は検査ステージであり、検査ステージ１
上には被検物であるウェハ２が載置される。３はモアレ
縞を発生させるための基準格子を持つ格子板であり、基
準格子はガラス板の下面に所定ピッチで形成されてい
る。格子板３はウェハ２より大きなサイズを持つ。ま
た、格子板３はウェハ２の測定面の直前で検査ステージ
１に平行に配置され、格子面に垂直な基準軸Ｅを中心と
して回転装置４により回転される。回転装置４は格子板
３を検査ステージ１に対して平行に保持する保持部材、
基準軸Ｅを中心として保持部材を回転するモータ等から
構成される。
上には被検物であるウェハ２が載置される。３はモアレ
縞を発生させるための基準格子を持つ格子板であり、基
準格子はガラス板の下面に所定ピッチで形成されてい
る。格子板３はウェハ２より大きなサイズを持つ。ま
た、格子板３はウェハ２の測定面の直前で検査ステージ
１に平行に配置され、格子面に垂直な基準軸Ｅを中心と
して回転装置４により回転される。回転装置４は格子板
３を検査ステージ１に対して平行に保持する保持部材、
基準軸Ｅを中心として保持部材を回転するモータ等から
構成される。
【００１１】５は格子板３を照明する光源であり、格子
板３を構成する基材（透明ガラス等）に対して透過率の
高い波長の光を発するものを使用する。光源５からの光
束はコリメータレンズ６により格子板３の全体を照明す
る径の略平行光束にされ、格子板３を介してウエハ２を
照明する。格子板３に対する照明光束の入射角θは、被
検物表面が鏡面の場合、好ましくは格子板３を構成する
基材のブルースタ角に設定する。
板３を構成する基材（透明ガラス等）に対して透過率の
高い波長の光を発するものを使用する。光源５からの光
束はコリメータレンズ６により格子板３の全体を照明す
る径の略平行光束にされ、格子板３を介してウエハ２を
照明する。格子板３に対する照明光束の入射角θは、被
検物表面が鏡面の場合、好ましくは格子板３を構成する
基材のブルースタ角に設定する。
【００１２】７はウエハ２からの反射光を任意の方向に
曲げるフレネル板、８はモアレ像が投影されるスクリー
ン、９は視野レンズ、１０はモアレ縞像を撮像するＣＣ
Ｄカメラである。ＣＣＤカメラ１０の撮影光軸はフレネ
ル板７を介して照明光軸の入射角θに対して反射角方向
に設定されている。
曲げるフレネル板、８はモアレ像が投影されるスクリー
ン、９は視野レンズ、１０はモアレ縞像を撮像するＣＣ
Ｄカメラである。ＣＣＤカメラ１０の撮影光軸はフレネ
ル板７を介して照明光軸の入射角θに対して反射角方向
に設定されている。
【００１３】２０は解析部であり、ＣＣＤカメラ１０か
らの画像データを取り込み、ウエハ２の表面形状を解析
する。２１は回転装置４を駆動制御する制御部であり、
解析部２０と接続されている。２３はモニタであり、Ｃ
ＣＤカメラ１０で撮像された画像や解析結果が表示され
る。
らの画像データを取り込み、ウエハ２の表面形状を解析
する。２１は回転装置４を駆動制御する制御部であり、
解析部２０と接続されている。２３はモニタであり、Ｃ
ＣＤカメラ１０で撮像された画像や解析結果が表示され
る。
【００１４】次に本装置の動作を説明する。光源５を発
した光束はコリメータレンズ６により略平行とされ、格
子板３を介してウエハ２を照明する。この照明によりウ
エハ２上には格子像が形成される。ウエハ２上に形成さ
れた格子像を入射光束の反射方向から格子板３を介して
見ると、モアレ縞が観測されるようになる。ウエハ２か
らの反射光は格子板３を通過し、フレネル板７を経てス
クリーン８に向かう。これによりスクリーン８にモアレ
縞が投影される。スクリーン８に投影されたモアレ縞は
視野レンズ９を介してＣＣＤカメラ１０に撮像される。
した光束はコリメータレンズ６により略平行とされ、格
子板３を介してウエハ２を照明する。この照明によりウ
エハ２上には格子像が形成される。ウエハ２上に形成さ
れた格子像を入射光束の反射方向から格子板３を介して
見ると、モアレ縞が観測されるようになる。ウエハ２か
らの反射光は格子板３を通過し、フレネル板７を経てス
クリーン８に向かう。これによりスクリーン８にモアレ
縞が投影される。スクリーン８に投影されたモアレ縞は
視野レンズ９を介してＣＣＤカメラ１０に撮像される。
【００１５】ＣＣＤカメラ１０により得られたモアレ縞
像の画像は解析部２０が持つメモリに取り込まれる。ま
た、制御部２１は回転装置４を駆動制御して格子板３を
回転させ、解析部２０に取り込まれるモアレ縞の画像を
変化させる。その回転情報は解析部２０に入力される。
解析部２０は格子板３の回転により変化するモアレ縞画
像の光強度を解析し、これと格子板３の回転情報とに基
づきウエハ２の表面形状を測定する。
像の画像は解析部２０が持つメモリに取り込まれる。ま
た、制御部２１は回転装置４を駆動制御して格子板３を
回転させ、解析部２０に取り込まれるモアレ縞の画像を
変化させる。その回転情報は解析部２０に入力される。
解析部２０は格子板３の回転により変化するモアレ縞画
像の光強度を解析し、これと格子板３の回転情報とに基
づきウエハ２の表面形状を測定する。
【００１６】次に、本装置による表面形状の解析方法
を、図２〜図５を使用して説明する。図２において、格
子板３に形成された格子のピッチをａ、光線の入射角を
θとし、格子板３上の微小領域Ｓ１と被検物（ウェハ
２）上の微小領域Ｓ２を考える。また、微小領域Ｓ２の
中心から格子板３の格子面までの高さをｈとする。ま
た、格子板３上に点Ａと、この点Ａを通過する入射光線
が被検物表面で反射して格子板３上に再入射する点Ｂを
定める。ここで、格子板３と被検物表面がほぼ平行とす
れば、Ｓ１＝Ｓ２とみなすことができる。
を、図２〜図５を使用して説明する。図２において、格
子板３に形成された格子のピッチをａ、光線の入射角を
θとし、格子板３上の微小領域Ｓ１と被検物（ウェハ
２）上の微小領域Ｓ２を考える。また、微小領域Ｓ２の
中心から格子板３の格子面までの高さをｈとする。ま
た、格子板３上に点Ａと、この点Ａを通過する入射光線
が被検物表面で反射して格子板３上に再入射する点Ｂを
定める。ここで、格子板３と被検物表面がほぼ平行とす
れば、Ｓ１＝Ｓ２とみなすことができる。
【００１７】このとき、Ｓ１にはＳ２で反射された光束
が格子板３に再入射してモアレ縞を発生させる。つま
り、Ｓ１にはＳ２の表面形状情報が示されることにな
る。また、図２より、
が格子板３に再入射してモアレ縞を発生させる。つま
り、Ｓ１にはＳ２の表面形状情報が示されることにな
る。また、図２より、
【００１８】
【数１】 が成立する。
【００１９】一方、格子板３を被検物表面と平行な面で
回転させる。図３のように、格子板３の回転角を任意の
回転角αにしたとき、入射光線断面の格子ピッチａ´
は、次のように表すことができる。
回転させる。図３のように、格子板３の回転角を任意の
回転角αにしたとき、入射光線断面の格子ピッチａ´
は、次のように表すことができる。
【００２０】
【数２】
【００２１】いま、格子板３を任意の回転角α１で回転
させ、微小領域Ｓ１で測定される光の強度が最大になっ
たときを考えると、図４のようになる。このときの入射
光断面での格子ピッチをａ１とすると、図４より以下の
関係式が成り立つ。
させ、微小領域Ｓ１で測定される光の強度が最大になっ
たときを考えると、図４のようになる。このときの入射
光断面での格子ピッチをａ１とすると、図４より以下の
関係式が成り立つ。
【００２２】
【数３】 （ただし、ｎ１は整数） 次に、格子板３を任意の回転角α２で回転させ、今度は
微小領域Ｓ１で測定される光の強度が最小になったとき
を考えると、図５のようになる。このときの入射光断面
での格子ピッチをａ２とすると、図５より以下の関係式
が成り立つ。
微小領域Ｓ１で測定される光の強度が最小になったとき
を考えると、図５のようになる。このときの入射光断面
での格子ピッチをａ２とすると、図５より以下の関係式
が成り立つ。
【００２３】
【数４】 （ただし、ｎ１は整数） また、格子板３を回転角α１（Ｓ１での最大強度）の状
態から回転させ、最初にＳ１での強度が最小になる回転
角α２の状態にすると、以下の関係式が成り立つ。
態から回転させ、最初にＳ１での強度が最小になる回転
角α２の状態にすると、以下の関係式が成り立つ。
【００２４】
【数５】 以上の式１から式５をまとめると、高さｈは以下のよう
に表すことができる。
に表すことができる。
【００２５】
【数６】
【００２６】実際の測定における微小領域Ｓ１は、モア
レ縞像を撮像するＣＣＤカメラ１０の１画素に相当する
領域と考えることができる。従って、格子板３を回転さ
せ、ＣＣＤカメラ１０の１画素で測定される強度の最大
値と最小値における格子板３の２つの回転角α１、α２
が分かれば、Ｓ１に対応する被検物上の微小領域Ｓ２で
の高さｈを求めることができる。これを被検物の全面に
ついて行えば、被検物の表面形状（凹凸）情報が得られ
る。
レ縞像を撮像するＣＣＤカメラ１０の１画素に相当する
領域と考えることができる。従って、格子板３を回転さ
せ、ＣＣＤカメラ１０の１画素で測定される強度の最大
値と最小値における格子板３の２つの回転角α１、α２
が分かれば、Ｓ１に対応する被検物上の微小領域Ｓ２で
の高さｈを求めることができる。これを被検物の全面に
ついて行えば、被検物の表面形状（凹凸）情報が得られ
る。
【００２７】上記の方法を利用してウエハ２の表面形状
解析を行う。格子板３の格子縞の縦方向と入射光線とが
直交するときの回転角を０°として、回転装置４により
格子板３を所定角度ステップずつ回転する。各回転角に
おいてＣＣＤカメラ１０により撮像されたモアレ縞像を
解析部２０のメモリに順次取り込む。解析部２０は各画
素について光強度が最大となるときの回転角α１と、最
小となるときの回転角α２を検出する。この回転角α
１、α２を前述の式６に当てはめてその画素位置での高
さ情報を求める。なお、回転角α１とα２は、光強度変
化の１周期の間にあるものを使用する。解析結果は鳥瞰
図や等高線図としてモニタ２３に表示される。
解析を行う。格子板３の格子縞の縦方向と入射光線とが
直交するときの回転角を０°として、回転装置４により
格子板３を所定角度ステップずつ回転する。各回転角に
おいてＣＣＤカメラ１０により撮像されたモアレ縞像を
解析部２０のメモリに順次取り込む。解析部２０は各画
素について光強度が最大となるときの回転角α１と、最
小となるときの回転角α２を検出する。この回転角α
１、α２を前述の式６に当てはめてその画素位置での高
さ情報を求める。なお、回転角α１とα２は、光強度変
化の１周期の間にあるものを使用する。解析結果は鳥瞰
図や等高線図としてモニタ２３に表示される。
【００２８】なお、モアレ縞像の１周期分の明暗変化が
得られれば回転角α１、α２を検出できるので、格子板
３を半回転しなくてもある範囲で回転させれば良い。こ
の回転角の範囲と回転のスタート角度は、ウエハ２に対
する格子板３の距離と被検物表面に見込まれる平坦度
（うねり）との関係で定めることができる。
得られれば回転角α１、α２を検出できるので、格子板
３を半回転しなくてもある範囲で回転させれば良い。こ
の回転角の範囲と回転のスタート角度は、ウエハ２に対
する格子板３の距離と被検物表面に見込まれる平坦度
（うねり）との関係で定めることができる。
【００２９】また、格子板３の回転角度ステップについ
ては、例えば、１度又はそれ以上の角度で良く、何枚か
の画像から光強度の変化状態を解析することにより回転
角α１、α２が求められる。回転角度ステップは測定精
度との関係で設定すれば良い。
ては、例えば、１度又はそれ以上の角度で良く、何枚か
の画像から光強度の変化状態を解析することにより回転
角α１、α２が求められる。回転角度ステップは測定精
度との関係で設定すれば良い。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基準格子を平行に微小移動することなく、簡単な構成で
大きなサイズの被検物の表面形状を測定することができ
る。
基準格子を平行に微小移動することなく、簡単な構成で
大きなサイズの被検物の表面形状を測定することができ
る。
【図１】本発明に係る表面形状測定装置の概略構成図で
ある。
ある。
【図２】表面形状の解析方法を説明する図である。
【図３】表面形状の解析方法を説明する図である。
【図４】表面形状の解析方法を説明する図である。
【図５】表面形状の解析方法を説明する図である。
１ 検査ステージ ２ ウェハ ３ 格子板 ４ 回転装置 ５ 光源 １０ ＣＣＤカメラ ２０ 解析部 ２１ 制御部 ２３ モニタ
Claims (2)
- 【請求項１】 被検物の表面形状を測定する表面形状測
定装置において、被検物表面の直前に配置された基準格
子と、該基準格子を照明しその格子像を被検物表面に照
射する照明手段と、被検物表面に照射された格子像と前
記基準格子とにより発生するモアレ縞を撮像する撮像手
段と、前記基準格子をその格子面に垂直な軸回りに回転
する回転手段と、該回転手段により回転される前記基準
格子の回転角度情報と前記撮像手段により得られるモア
レ縞画像とに基づいて被検物表面の形状を解析する解析
手段と、を備えることを特徴とする表面形状測定装置。 - 【請求項２】 請求項１の解析手段は、前記撮像手段に
より得られる画像の各位置について、光強度が最大にな
るときの回転角度情報と光強度が最小になるときの回転
角度情報を求め、該２つの回転角度情報に基づいて被検
物表面の形状を解析することを特徴とする表面形状測定
装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001100314A JP2002296020A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 表面形状測定装置 |
| US10/106,071 US6765684B2 (en) | 2001-03-30 | 2002-03-27 | Surface shape measurement apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001100314A JP2002296020A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 表面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002296020A true JP2002296020A (ja) | 2002-10-09 |
Family
ID=18953765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001100314A Withdrawn JP2002296020A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 表面形状測定装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6765684B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002296020A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005008174A1 (ja) * | 2003-07-23 | 2005-01-27 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | ３次元形状検出装置、撮像装置、及び、３次元形状検出方法 |
| EP1653857A1 (en) * | 2003-07-23 | 2006-05-10 | Go Sensors, L.L.C. | Apparatus and method for determining location of a source of radiation |
| JP4696121B2 (ja) * | 2004-10-18 | 2011-06-08 | トムソン ライセンシング | フィルム粒子のシミュレーション方法 |
| FR2960059B1 (fr) * | 2010-05-11 | 2012-12-28 | Visuol Technologies | Installation de controle de la qualite d'une surface d'un objet |
| KR101396370B1 (ko) * | 2010-09-30 | 2014-05-19 | 엠파이어 테크놀로지 디벨롭먼트 엘엘씨 | 고해상도의 텍스처 추출을 위한 시스템, 방법 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함하는 기술 |
| DE102012220048B4 (de) * | 2012-11-02 | 2018-09-20 | Sirona Dental Systems Gmbh | Kalibrierungsvorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung einer dentalen Kamera |
| CN115901806A (zh) * | 2021-08-12 | 2023-04-04 | 深圳中科飞测科技股份有限公司 | 一种检测设备、方法及系统 |
| CN115356355B (zh) * | 2022-10-21 | 2022-12-27 | 沃卡姆(山东)真空玻璃科技有限公司 | 一种真空夹胶玻璃自动检测下料输送线及检测方法 |
| CN119737891B (zh) * | 2024-12-30 | 2025-11-07 | 福州大学 | 一种基于3-D Moiré的超精密平面外旋转测量方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE4134546A1 (de) * | 1991-09-26 | 1993-04-08 | Steinbichler Hans | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der absolut-koordinaten eines objektes |
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