JP2007017368A - 画像測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透過照明下で撮像された画像を処理して測定対象物のエッジ計測を行う画像測定装置において、拡散性の強い光源を用いても正確にエッジ計測可能な画像測定装置の提供。
【解決手段】光源１０からの照明光による透過照明下で撮像手段２０により撮像された画像を処理して測定対象物９のエッジ計測を行う画像測定装置１において、光源１０と撮像手段２０とを測定対象物９を挟んで対向させて配設しており、光源１０と測定対象物９との間に位置して光源１０からの照明光を所定回転方向の円偏光に変換する第１円偏光板４０と、測定対象物９と撮像手段２０との間に位置して上記所定回転方向の円偏光を透過させるとともにこの所定回転方向と逆回転方向の円偏光を遮断する第２円偏光板４５とを備えて構成している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、透過照明下で撮像された画像を処理して測定対象物のエッジ計測を行う画像測定装置に関する。

画像測定装置の照明手法として用いられる透過照明は、測定対象物を示す領域（暗部Ｐ１）と、背景を示す領域（明部Ｐ２）とのコントラストがはっきり分かれた画像が得られ、画像処理計算を簡易化してエッジ計測を行える等の利点がある（図４参照）。簡易な画像処理計算で正確なエッジ計測を行うには、エッジを示す明暗の境界線Ｐ３がはっきり現れた画像を得ることが求められる。従来、エッジ近傍での光の回り込みによる反射光の発生等を抑えるため、ＬＥＤ等の直進性の強い光源が用いられていた。

しかしながら、光源のサイズ小型化などの観点からＬＥＤ等に替えて選ばれた光源が、強い拡散性を有する場合がある。拡散性の強い光源を用いた透過照明においては、光源からの照明光が測定対象物のエッジ近傍で反射して撮像手段に取り込まれるおそれがある。エッジ近傍からの反射光を取り込んだ画像は、図４（ｂ）に示すように暗部Ｐ１と明部Ｐ２の境界線Ｐ３がはっきり現れず、正確な計測を行うには画像処理計算が複雑になるという問題があった。

このような問題に鑑み、本発明は、透過照明下で撮像された画像を処理して測定対象物のエッジ計測を行う画像測定装置において、拡散性の強い光源を用いた場合であっても、正確なエッジ計測を簡易に行うことができる画像測定装置を提供することを目的とする。

上記目的達成のため、本発明に係る画像測定装置は、測定対象物を支持する支持部材と、支持部材に支持される測定対象物に照明光を照射する光源と、光源からの照明光が照射された測定対象物を撮像する撮像手段とを有し、光源からの照明光による透過照明下で撮像手段により撮像された画像を処理して測定対象物のエッジ計測を行う画像測定装置において、光源と撮像手段とを支持部材に支持される測定対象物を挟んで対向させて配設しており、光源と支持部材に支持される測定対象物との間に位置して光源からの照明光を所定回転方向の円偏光に変換する第１円偏光板と、支持部材に支持される測定対象物と撮像手段との間に位置して上記所定回転方向の円偏光を透過させるとともにこの所定回転方向と逆回転方向の円偏光を遮断する第２円偏光板とを備えて構成している。

また、第１円偏光板および第２円偏光板をそれぞれ偏光子とλ／４板とで構成し、第１円偏光板および第２円偏光板が、互いのλ／４板を支持部材に支持される測定対象物を挟んで対向させ、互いの偏光子の透過軸を直交させて配設されることが好ましい。さらに、撮像手段により撮像された画像を二値化処理する画像処理手段を有して構成してもよい。

このような本発明の構成によると、光源からの照明光は、まず第１円偏光板を透過して所定回転方向の円偏光に変換される。第２円偏光板はこの回転方向の円偏光を透過させるため、測定対象物に遮られずにそのまま第２円偏光板に入射する光は、第２円偏光板を透過し、撮像手段に取り込まれる。一方、第１円偏光板を透過し、測定対象物で反射した光は逆回転方向の円偏光となるため、第２円偏光板により遮断され、撮像手段に取り込まることがない。したがって、拡散性の強い光源を用いた場合であっても、直進性の強い光源を用いる場合と同様に、エッジを示す明部と暗部との境界がはっきり現れた画像が得られ、簡易な計算手法で画像処理を行って正確なエッジ計測を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１，図２に示す本実施形態の画像測定装置１は、半導体製造工程の一つであるフォトリソ工程で利用される露光装置に備えられている。露光装置を利用したフォトリソ工程においては、円板状のウェハ９がウェハステージ８１上に載置され、ウェハステージ８１の走査によりウェハ９の位置決めがなされ、感光材が塗布されたウェハ９の表面にデバイスパターンが転写される。

ウェハ９は、搬送アーム９０を用いて露光装置のウェハステージ８１に搬送される。搬送アーム９０は、平板状のアーム部９１と、アーム部９１の先端に上方に突出するウェハ支持部９２とで構成され、アーム部９１が水平移動自在になっている。ウェハ９がウェハ支持部９２の上面に支持された状態においては、アーム部９１の上面とウェハ９の下面との間に間隙（約6mm）が形成される。

ウェハ支持部９２に支持されたウェハ９がウェハステージ８１上まで搬送されると、上下移動自在になっているターンテーブル８２がウェハステージ８１の軸心部から上方に突き出し、ウェハ９がウェハ支持部９２に替わってターンテーブル８２の上面に載置されて支持される。次いで、搬送アーム９０が退避し、ターンテーブル８２がウェハ９を上面で支持したまま下動する。これにより、ウェハ９がウェハステージ８１上に載置される。

ここで、搬送アーム９０にウェハ９が支持されたとき、ウェハ９の中心位置が求められる。ここで求められたウェハ９の中心位置に基づき、ウェハ９がウェハステージ８１上に載置された後、ウェハステージ８１が走査されてウェハ９の位置決めが行われる。この露光装置においては、画像測定装置１を利用してウェハ９のエッジ９ａを測定し、エッジ９ａの測定結果からウェハ９の中心位置を求めるようになっている。

本実施形態の画像測定装置１の測定対象物であるウェハ９は、シリコンインゴットを原料に円板状に成形されている。フォトリソ工程を行うため露光装置に搬送される段階において、ウェハ９のエッジ９ａには、割れ等を防ぐために表裏両面に面取り加工が予め施されており、テーパ状の面取部９ｂ，９ｂが形成されている。

画像測定装置１は、光源１０と、ＣＣＤカメラ２０と、画像処理部３０と、ウェハ９を支持する搬送アーム９０とで構成される。図示下方から、光源１０、搬送アーム９０に支持されたウェハ９、ＣＣＤカメラ２０が所定の間隔をおいて順に並んで配設されている。また、光源１０およびＣＣＤカメラ２０は、光源１０の照射面１１およびＣＣＤカメラ２０の撮像面２１がウェハ９を挟んで対向するように配設されており、照射面１１、ウェハ９、撮像面２１が平行になるように配設されている。このような位置関係で光源１０、ウェハ９、ＣＣＤカメラ２０が配設されることにより、光源１０からの照明光による透過照明下で搬送アーム９０に支持されるウェハ９をＣＣＤカメラ２０により撮像できる。

光源１０は、透明電極層および背面電極層と、硫化亜鉛等の無機ＥＬ素子を含んでおり両電極層間に挟まれた発光層とでなる積層構造を有して構成され、全体として薄型のシート状に成形されている（厚さ約5mm）。両電極層間にインバータを介して交流電圧が印加されると発光層が発光して照射面１１を全面発光させる。このような光源１０の照射面１１から照射される照明光は、強い拡散性を有している。光源１０は、照射面１１を上方に向けて搬送アーム９０のアーム部９１の上面に配置されており、照明光を上方に位置するウェハ９およびＣＣＤカメラ２０に向けて照射する。なお、光源１０からの照明光はウェハ９をほとんど透過することがない。

ＣＣＤカメラ２０は、ウェハ９の上方に配置され、撮像面２１への入射光に基づき、光電変換して画像処理部３０に画像信号を出力する。なお、光源１０は、アーム部９１において、ウェハ９が搬送アーム９０のウェハ支持部９２に支持されるとウェハ９のエッジ９ａ近傍を照射するような位置に配置されており、ＣＣＤカメラ２０は、ウェハ９が同様に支持されると視野内にウェハ９のエッジ９ａが位置するように配置されている。

さらに、光源１０とウェハ９との間には第１円偏光板４０が配設され、ウェハ９とＣＣＤカメラ２０との間には第２円偏光板４５が配設される。図３に示すように、第１円偏光板４０は、ヨウ素を吸着させたポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を一方向に延伸してフィルム状に成形された偏光子４１と、無染色のＰＶＡを延伸してフィルム状に成形されたλ／４板４２とを貼り合わせ、その外側両面に保護フィルム４３，４３を貼り合わせてなる４層構造を有して構成され、全体としてフィルム状に成形されている（厚さ約0.8mm）。第１円偏光板４０の偏光子４１は、ＰＶＡの延伸方向に延びる吸収軸、吸収軸の垂直方向に延びる透過軸を有し、自然光が入射すると透過軸方向に振動する直線偏光が得られる。また、第２円偏光板４５は、第１円偏光板４０と同一の構成であり、偏光子４６と、λ／４板４７と、保護フィルム４３，４３とで構成される。

図１，図２に示すように、第１および第２円偏光板４０，４５はそれぞれ、光源１０の照射面１１、ウェハ９、ＣＣＤカメラ２０の撮像面２１と平行に配設されている。さらに、第１および第２円偏光板４０，４５は、互いのλ／４板４２，４７がウェハ９を挟んで対向するように配設されており、互いの偏光子４１，４６の透過軸が直交するように配設されている。

この構成の画像測定装置１によると、光源１０からの照明光は、まず第１円偏光板４０の偏光子４１に入射する。これにより、偏光子４１の透過軸方向に振動する直線偏光が得られる。さらに、直線偏光の偏向方向がλ／４板４２の光学軸に対して４５度の角度をなすようにしてλ／４板４２に入射し、λ／４板４２の光学軸に直交する偏光成分間の位相がπ／４ずれ、直線偏光から所定回転方向（例えば右回り）の円偏光に変換される。

第１円偏光板４０を透過した光のうち、ウェハ９に遮られずにそのまま第２円偏光板４５に向けて進む光Ａは、第２円偏光板４５のλ／４板４７に入射し、λ／４板４７の光学軸に直交する偏光成分間の位相がπ／４ずれ、第１円偏光板４０の偏光子４１を透過して得られた直線偏光に対して偏光方向が直交した直線偏光Ａ′に変換される。ここで、第２円偏光板４５は、偏光子４６の透過軸方向を第１円偏光板４０の偏光子４１の透過軸方向に直交させて配設されるため、λ／４板４７を透過して得られた直線偏光Ａ′は、偏光子４６を透過し、ＣＣＤカメラ２０に取り込まれる。なお、ウェハ９の下面に遮られる光Ｂは、ウェハ９を透過せず、ＣＣＤカメラ２０に取り込まれることがない。

また、第２円偏光板４５への入射光には面取部９ｂでの反射光Ｄが含まれる。すなわち、光源１０からの拡散光Ｃが、第１円偏光板４０を透過して上記所定回転方向の円偏光に変換され、ウェハ９の面取部９ｂで反射して逆回転方向（例えば左回り）の円偏光となり、第２円偏光板４５に入射する。λ／４板４７に入射した反射光Ｄは直線偏光Ｄ′に変換されて偏光子４６に入射するが、ウェハ９に遮られずに進んだ光の直線偏光Ａ′に対して偏光方向が直交した直線偏光となっている。すなわち、偏光子４６の吸収軸方向に振動する直線偏光となっているため、偏光子４６を透過せず、ＣＣＤカメラ２０に取り込まれることはない。

このように、第１円偏光板４０は、光源１０からの照明光を所定回転方向の円偏光に変換し、第２円偏光板４５は、この所定回転方向の円偏光を透過させるとともに、逆回転方向の円偏光を遮断する。これにより、ウェハ９に遮られずに進む光ＡがＣＣＤカメラ２０に取り込まれ、ウェハ９からの反射光Ｄが第２円偏光板４５により遮断される。

ＣＣＤカメラ２０は、撮像面２１への入射光に基づいて画像処理部３０に画像信号を出力する。透過照明で得られた画像は、図４（ａ）に示すように、ウェハ９を表す領域である暗部Ｐ１と、ウェハ９の背景を表す領域である明部Ｐ２とのコントラストがはっきり分かれたものとなる。また、エッジ９ａに形成された面取部９ｂからの反射光ＤがＣＣＤカメラ２０に取り込まれず、エッジ９ａを表す明部と暗部との境界線Ｐ３がはっきり現れた画像が得られる。得られた画像を基に、画像処理部３０は、所定のしきい値を用いて二値化処理を行い、処理された画像から、エッジ９ａの測定を行う。

このようなエッジ９ａの測定を複数箇所で行い、得られた複数の測定結果に基づいてウェハ９の中心位置を求める。なお、複数箇所でエッジ９ａの測定を行う方法として、例えば、上記構成の画像測定装置を予め複数箇所に設けておき、エッジ９ａの測定を同時に行う形態が挙げられる。

このように本実施例の画像測定装置１の構成によると、ウェハ９の面取部９ｂからの反射光Ｄが、第２円偏光板４５に遮られ、ＣＣＤカメラ２０に取り込まれないように構成される。このため、拡散性の強い光源を用いた場合であっても、直進性の強い光源を用いた場合と同様に、反射光による外乱がなく、エッジ９ａを示す明部と暗部との境界線Ｐ３がはっきり現れた画像を得ることができ、二値化処理などの簡易な画像処理手法を用いてエッジ９ａの測定を正確に行うことができる。このため、ウェハ９の中心位置の算出についても高精度で行うことができる。

また、本実施形態のように測定対象物のエッジが、面取り加工されて光の回り込みが生じやすい形状に成形されていても、正確にエッジ計測を行うことができる。また、光源１０の拡散性に関わらず境界線Ｐ３がはっきり現れた画像を得られるため、例えば無機ＥＬ光源のような薄型で発熱量の小さい光源を用いる等、光源１０の選択自由度が向上する。さらに、アーム部９１の上面とウェハ９の下面との間に形成される間隙に光源１０を配設してウェハ９と光源１０とが近接させている。このように反射光が発生し易い状態であっても反射光がＣＣＤカメラ２０に取り込まれることがなく、画像測定装置１の設計自由度が向上する。

また、この画像測定装置１は上記の通り露光装置に備えられている。このとき、上記効果を有した画像測定装置１により求められたウェハ９の中心位置に基づき、ウェハステージ８１上に載置された後のウェハ９の位置決め制御を高精度で行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでなく適宜変更可能である。例えば、図５に、光源１０とウェハ９との間、ウェハ９とＣＣＤカメラ２０との間にそれぞれ反射鏡５０，５５を備えた画像測定装置２の構成を示している。この画像測定装置２においては、第１および第２円偏光板４０，４５がそれぞれ、反射鏡５０，５５とウェハ９との間に配設されている。なお、第１および第２円偏光板４０，４５は、互いのλ／４板４２，４７および互いの偏光子４１，４６の透過軸を上記実施形態と同様にして配設されている。この構成により、上記実施形態と同様に作用して同様の効果が得られるとともに、反射鏡５０，５５を利用した光学系の引き回しを行うことができる。

図５に示す形態の他、反射鏡を用いる場合、ウェハ９に遮られずに進む光を透過させるとともにウェハ９からの反射光を遮断する構成であれば、例えば光源と反射鏡との間、反射鏡とＣＣＤカメラとの間に円偏光板を設ける形態であっても、互いの偏光子４１，４６の透過軸の向きを平行にするなど適宜調節して円偏光板を配設することにより、同様に作用して同様の効果が得られる。また、ＣＣＤカメラ２０の視野調整や焦点調整のため、光源１０からの光路中にレンズを設ける形態や、オートフォーカス装置を備える形態としてもよい。

また、第１および第２円偏光板４０，４５はそれぞれ、上記実施形態と同様の配設順序で配設されていれば、偏光子４１，４６とλ／４板４２，４７とが分離した形態であっても同様に実施できる。ただし、本実施形態のようにフィルム状に一体となった円偏光板を用いることで装置の小型化が図られる。さらに、光源１０は、無機ＥＬ光源に限られず、有機ＥＬ光源等の他の光源を用いてもよい。また、透過照明下でエッジを撮像可能な形態であればよく、図１，図５に示す画像測定装置１，２において、搬送アーム９０に支持されたウェハ９を挟んで上方に光源、下方にＣＣＤカメラを配設しても、同様の効果が得られる。

また、本発明に係る画像測定装置を露光装置に備える実施形態において、エッジ９ａの測定は上記実施形態のタイミングに限られず、ウェハ９がターンテーブル８２に支持された後であって搬送アーム９０を退避させる前においても行うことができる。

なお、本発明に係る画像測定装置は、露光装置に備える形態に限られず、他の装置に備えて構成してもよい。また、本発明に係る画像測定装置の測定対象物はウェハに限られず、他のエッジの測定にも応用できる。

本発明に係る画像測定装置の構成図である。 本発明に係る画像測定装置の概念図である。 円偏光板の構成図である。 （ａ）が本発明に係る画像測定装置により得られる画像を示す図であり、（ｂ）が従来の画像測定装置により得られる画像を示す図である。 画像測定装置の変更例を示す概念図である。

符号の説明

１，２ 画像測定装置
９ ウェハ（測定対象物）
１０ 光源
２０ ＣＣＤカメラ（撮像手段）
３０ 画像処理部
４０ 第１円偏光板
４５ 第２円偏光板
４１，４６ 偏光子
４２，４７ λ／４板
９０ 搬送アーム（支持部材）

Claims (3)

1. 測定対象物を支持する支持部材と、前記支持部材に支持される測定対象物に照明光を照射する光源と、前記光源からの照明光が照射された前記測定対象物を撮像する撮像手段とを有し、前記光源からの照明光による透過照明下で前記撮像手段により撮像された画像を処理して前記測定対象物のエッジ計測を行う画像測定装置において、
   前記光源と前記撮像手段とが、前記支持部材に支持される前記測定対象物を挟んで対向して配設され、
   前記光源と前記支持部材に支持される前記測定対象物との間に位置し、前記光源からの照明光を所定回転方向の円偏光に変換する第１円偏光板と、
   前記支持部材に支持される前記測定対象物と前記撮像手段との間に位置し、前記所定回転方向の円偏光を透過させるとともに前記所定回転方向と逆回転方向の円偏光を遮断する第２円偏光板とを備えて構成されることを特徴とする画像測定装置。
2. 前記第１円偏光板および前記第２円偏光板がそれぞれ、偏光子とλ／４板とを有して構成され、
   前記第１円偏光板および前記第２円偏光板が、互いの前記λ／４板を前記支持部材に支持される前記測定対象物を挟んで対向させ、互いの前記偏光子の透過軸を直交させて配設されることを特徴とする請求項１に記載の画像測定装置。
3. 前記撮像手段により撮像された画像を二値化処理する画像処理手段を有して構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の画像測定装置。

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