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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024034932
(43)【公開日】2024-03-13
(54)【発明の名称】形状測定装置及び形状測定方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/301 20060101AFI20240306BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
H01L21/78 P
G01B11/24 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022139512
(22)【出願日】2022-09-01
(71)【出願人】
【識別番号】000151494
【氏名又は名称】株式会社東京精密
(74)【代理人】
【識別番号】100083116
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
(74)【代理人】
【識別番号】100170069
【弁理士】
【氏名又は名称】大原 一樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128635
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100140992
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲政
(72)【発明者】
【氏名】清水 翼
【テーマコード（参考）】
2F065
5F063
【Ｆターム（参考）】
2F065AA04
2F065AA12
2F065AA22
2F065AA25
2F065AA52
2F065BB22
2F065CC19
2F065DD03
2F065FF52
2F065GG24
2F065HH04
2F065JJ01
2F065MM02
2F065PP24
2F065QQ03
2F065QQ17
2F065QQ21
2F065QQ28
2F065QQ42
2F065QQ45
2F065UU05
5F063AA02
5F063AA48
5F063CB05
5F063DE12
5F063DE23
5F063DE33
(57)【要約】
【課題】 ウェーハに形成された溝の形状を低コストで正確に測定することが可能な形状測定装置及び形状測定方法を提供する。
【解決手段】 形状測定装置は、ウェーハ（Ｗ）の２次元像を、ウェーハ（Ｗ）に形成された溝（Ｇ）の進行方向に沿って１次元化した１次元データを取得する１次元データ取得部（１０２、１８、２２、２２Ａ、６０）と、溝（Ｇ）の深さ方向の位置ごとに取得した１次元データに基づいて、溝（Ｇ）の断面形状を生成する断面形状生成部（１０６）とを備える。
【選択図】 図６
【解決手段】 形状測定装置は、ウェーハ（Ｗ）の２次元像を、ウェーハ（Ｗ）に形成された溝（Ｇ）の進行方向に沿って１次元化した１次元データを取得する１次元データ取得部（１０２、１８、２２、２２Ａ、６０）と、溝（Ｇ）の深さ方向の位置ごとに取得した１次元データに基づいて、溝（Ｇ）の断面形状を生成する断面形状生成部（１０６）とを備える。
【選択図】 図６
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウェーハの２次元像を、前記ウェーハに形成された溝の進行方向に沿って１次元化した１次元データを取得する１次元データ取得部と、
前記溝の深さ方向の位置ごとに取得した前記１次元データに基づいて、前記溝の断面形状を生成する断面形状生成部と、
を備える形状測定装置。
前記溝の深さ方向の位置ごとに取得した前記１次元データに基づいて、前記溝の断面形状を生成する断面形状生成部と、
を備える形状測定装置。
【請求項2】
前記１次元データ取得部は、前記ウェーハを撮影した２次元の画像を、前記溝の進行方向に沿って圧縮して前記１次元データを生成する、請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項3】
前記１次元データ取得部は、前記ウェーハを撮影した２次元の画像から、前記溝の進行方向の位置ごとに前記溝の両縁部を検出し、前記溝の進行方向の位置ごとに検出した前記溝の前記両縁部の代表値を含む前記１次元データを生成する、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項4】
前記１次元データ取得部は、前記ウェーハを撮影した２次元の画像の画素値を、前記溝の進行方向に沿って積算又は平均化して前記１次元データを生成する、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項5】
前記１次元データ取得部は、前記溝の進行方向に沿う前記画素値の積算値又は平均値から、前記溝の両縁部を求める、請求項４に記載の形状測定装置。
【請求項6】
前記１次元データ取得部は、前記ウェーハの２次元像を、前記溝の進行方向に沿って光学的に圧縮する１次元化光学系を含み、前記光学的に圧縮した画像から前記１次元データを取得する、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項7】
前記断面形状生成部は、前記１次元データから前記溝の両縁部を取得し、前記深さ方向の位置ごとの前記溝の両縁部に基づいて、前記溝の断面形状を生成する、請求項１又は２に記載の形状測定装置。
【請求項8】
ウェーハの２次元像を、前記ウェーハに形成された溝の進行方向に沿って１次元化した１次元データを取得するステップと、
前記溝の深さ方向の位置ごとに取得した前記１次元データに基づいて、前記溝の断面形状を生成するステップと、
を備える形状測定方法。
前記溝の深さ方向の位置ごとに取得した前記１次元データに基づいて、前記溝の断面形状を生成するステップと、
を備える形状測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は形状測定装置及び形状測定方法に係り、ウェーハに形成された溝の形状を測定する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置又は電子部品のデバイスパターンが形成されたウェーハを個々のチップに分割するダイシング装置は、スピンドルによって高速に回転されるブレードと、ウェーハを吸着保持するテーブルと、テーブルとブレードとの相対的位置を変化させるＸＹＺθ駆動部とを備えている。このダイシング装置では、各駆動部によりブレードとウェーハとを相対的に移動させながら、ブレードによってウェーハを切り込むことによりダイシング加工（切削加工）を行う。
【0003】
また、ウェーハには、シリコン等の基板の表面に低誘電率絶縁体被膜（Ｌｏｗ－ｋ膜）と回路を形成する機能膜とを積層した積層体により複数のデバイスを形成しているものもある。Ｌｏｗ－ｋ膜は機械的強度が低く剥離しやすい性質を有するため、レーザアブレーション加工により、分割予定ラインに沿って溝を形成し、この溝にブレードを入れてダイシングを行う方法もある。
【0004】
上記のようなダイシング加工を行う際には、切削ラインの品質及び溝の位置精度を確認するため、加工領域の測定（カーフチェック）が行われる。
【0005】
特許文献１には、ウェーハに形成された溝の３次元の画像情報を生成する技術が開示されている。特許文献１では、図１６に示すように、Ｚ方向（上下方向）に微小な距離δずつ段階的にカメラを移動しながらウェーハＷの２次元の画像（Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，…）を撮像する。各画像の取得時のＺ座標（Ｚ０，Ｚ１，Ｚ２，…）に従って、複数枚の画像（Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，…）を立体的に組み立てることにより、ウェーハＷに形成された溝Ｇの３次元の画像情報を生成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１５－０８５３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上記のように、２次元の画像を立体的に組み立てて３次元の画像情報を生成する場合には必要なデータ量が膨大となるため、データの蓄積のために大容量のストレージが必要となる。また、膨大な量の２次元の画像のデータの処理を行うためには、処理能力に優れた処理系が必要となる。したがって、データの蓄積と処理のためのコストが増大してしまう。
【0008】
また、溝Ｇの３次元の画像情報を得るためには、撮像時に溝の壁面（斜面）にカメラを合焦させる。しかしながら、溝Ｇの斜面が急峻な場合には、データの欠損が多く、溝Ｇの３次元の正確な形状を生成することが困難であった。
【0009】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハに形成された溝の形状を低コストで正確に測定することが可能な形状測定装置及び形状測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る形状測定装置は、ウェーハの２次元像を、ウェーハに形成された溝の進行方向に沿って１次元化した１次元データを取得する１次元データ取得部と、溝の深さ方向の位置ごとに取得した１次元データに基づいて、溝の断面形状を生成する断面形状生成部とを備える。
【0011】
本発明の第２の態様に係る形状測定装置は、第１の態様において、１次元データ取得部は、ウェーハを撮影した２次元の画像を、溝の進行方向に沿って圧縮して１次元データを生成する。
【0012】
本発明の第３の態様に係る形状測定装置は、第１又は第２の態様において、１次元データ取得部は、ウェーハを撮影した２次元の画像から、溝の進行方向の位置ごとに溝の両縁部を検出し、溝の進行方向の位置ごとに検出した溝の両縁部の代表値を含む１次元データを生成する。
【0013】
本発明の第４の態様に係る形状測定装置は、第１又は第２の態様において、１次元データ取得部は、ウェーハを撮影した２次元の画像の画素値を、溝の進行方向に沿って積算又は平均化して１次元データを生成する。
【0014】
本発明の第５の態様に係る形状測定装置は、第４の態様において、１次元データ取得部は、溝の進行方向に沿う画素値の積算値又は平均値から、溝の両縁部を求める。
【0015】
本発明の第６の態様に係る形状測定装置は、第１又は第２の態様において、１次元データ取得部は、ウェーハの２次元像を、溝の進行方向に沿って光学的に圧縮する１次元化光学系を含み、光学的に圧縮した画像から１次元データを取得する。
【0016】
本発明の第７の態様に係る形状測定装置は、第１から第６の態様のいずれかにおいて、断面形状生成部は、１次元データから溝の両縁部を取得し、深さ方向の位置ごとの溝の両縁部に基づいて、溝の断面形状を生成する。
【0017】
本発明の第８の態様に係る形状測定方法は、ウェーハの２次元像を、ウェーハに形成された溝の進行方向に沿って１次元化した１次元データを取得するステップと、溝の深さ方向の位置ごとに取得した１次元データに基づいて、溝の断面形状を生成するステップとを備える。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、ウェーハの像を１次元化した１次元データを用いることにより、ウェーハに形成された溝の断面形状を生成する際のデータの蓄積と処理のためのコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付図面に従って実施形態に係る形状測定装置及び形状測定方法について説明する。
【0021】
図１は、本発明の一実施形態に係る形状測定装置を示すブロック図である。以下の説明では、ＸＹＺ３次元直交座標系を用いる。
【0022】
本実施形態に係る形状測定装置１０は、テーブルＴに吸着保持されたウェーハＷの画像を撮影し、ウェーハＷに形成された溝Ｇの形状を測定する装置である。形状測定装置１０は、例えば、白色干渉顕微鏡（例えば、株式会社東京精密製の「Ｏｐｔ－ｓｃｏｐｅ」（登録商標））である。
【0023】
テーブルＴは、ＸＹ平面に平行な保持面を有する。テーブルＴは、真空源（真空発生器。例えば、エジェクタ、ポンプ等）により、この保持面にウェーハＷを吸着保持する。ウェーハＷは、表面に粘着剤の粘着層が形成されたダイシングテープを介してフレーム（図示せず）に貼着され、テーブルＴに吸着保持される。なお、ダイシングテープが貼着されたフレームは、テーブルＴに配設されたフレーム保持手段に保持される。なお、フレームを用いない搬送形態であってもよい。
【0024】
テーブルＴは、θテーブルに取り付けられており、θテーブルは、モータ等を含む回転駆動部５０により、Ｚ方向に沿う回転軸の周り（以下、θ方向という。）に回転可能となっている。さらに、θテーブルは、Ｘテーブルに載置されている。Ｘテーブルは、例えば、モータ及びボールねじ等を含むＸ駆動部５２によりＸ方向に移動可能となっている。
【0025】
形状測定装置１０は、Ｚテーブルに取り付けられている。Ｚテーブルは、モータ及びボールねじ等を含むＺ駆動部５６によりＺ方向に移動可能である。さらに、Ｚテーブルは、Ｙテーブルに取り付けられている。Ｙテーブルは、モータ及びボールねじ等を含むＹ駆動部５４によりＹ方向に移動可能である。
【0026】
なお、本実施形態は、Ｘ駆動部５２、Ｙ駆動部５４及びＺ駆動部５６としてモータ及びボールねじ等を含む構成を採用したが、これに限定されない。Ｘ駆動部５２、Ｙ駆動部５４及びＺ駆動部５６としては、例えば、ラックアンドピニオン機構等の往復直線運動のための機構を用いることが可能である。
【0027】
また、本実施形態は、形状測定装置１０をＹＺ方向に移動させ、テーブルＴをＸθ方向に移動させるようにしたが、これに限定されない。例えば、テーブルＴをＹＺ方向に移動可能としてもよく、形状測定装置１０とテーブルＴとをＸＹＺθ方向に相対的に移動可能な構成であればよい。
【0028】
また、形状測定装置１０がダイシング装置（ブレードダイサ又はレーザダイサ）に設けられる場合には、回転駆動部５０、Ｘ駆動部５２、Ｙ駆動部５４及びＺ駆動部５６は、ダイシング装置の駆動部と兼用であってもよい。
【0029】
図１に示すように、形状測定装置１０は、光源部１２、顕微鏡１４、干渉レンズ１６及びカメラ１８を含んでいる。
【0030】
光源部１２は、制御部１０２の制御の下、平行光束の白色光（可干渉性の少ない低コヒーレンス光）を出射する。この光源部１２は、例えば、発光ダイオード、半導体レーザ、ハロゲンランプ、及び高輝度放電ランプなどの白色光を出射可能な光源と、この光源から出射された白色光を平行光束に変換するコレクタレンズとを含んでいる。なお、白色光は２０ｎｍ程度の波長の帯域幅があれば白色干渉顕微鏡の光源として使用できるので、例えば赤、緑、及び青色などの発光ダイオードを光源部１２に採用できる。
【0031】
光源部１２から出射された白色光は、顕微鏡１４の鏡筒内に配置されたハーフミラー２０により干渉レンズ１６側に反射される。
【0032】
【0033】
なお、図２では、ミラウ型の干渉光学系の例を示したが、例えば、マイケルソン型又はリニック型等のほかの干渉光学系を干渉レンズ１６として採用することも可能である。
【0034】
図２に示すように、ウェーハＷ側から－Ｚ側（上側）にビームスプリッタ３０及び対物レンズ３４が順に配置されており、ビームスプリッタ３０に対して対向する位置であって、ビームスプリッタ３０と対物レンズ３４との間の位置に参照面３２が配置されている。
【0035】
対物レンズ３４は、集光作用を有しており、光源部１２から入射した白色光Ｌ１を、ビームスプリッタ３０を通してウェーハＷに集光させる。
【0036】
ビームスプリッタ３０は、対物レンズ３４から入射する白色光Ｌ１の一部を参照光Ｌ２ｂとして分割し、残りの測定光Ｌ２ａを透過してウェーハＷに出射し且つ参照光Ｌ２ｂを参照面３２に向けて反射する。ビームスプリッタ３０を透過した測定光Ｌ１ａは、ウェーハＷに照射された後、ウェーハＷにより反射されてビームスプリッタ３０に戻る。
【0037】
参照面３２は、例えば、反射ミラーが用いられ、ビームスプリッタ３０から入射した参照光Ｌ２ｂをビームスプリッタ３０に向けて反射する。この参照面３２は、位置調整機構（例えば、ボールねじ機構、アクチュエータ等）によってＺ方向の位置を手動で調整可能である。これにより、ビームスプリッタ３０と参照面３２との間の参照光Ｌ２ｂの光路長（参照光路長）を調整することができる。この参照光路長は、ビームスプリッタ３０とウェーハＷとの間の測定光Ｌ１の光路長（測定光路長）と一致（略一致を含む）するように調整される。
【0038】
ウェーハＷから戻る測定光Ｌ２ａと参照面３２から戻る参照光Ｌ２ｂとはビームスプリッタ３０で合波されて、合波光Ｌ３として対物レンズ３４に到達する。
【0039】
合波光Ｌ３は、対物レンズ３４を透過した後、顕微鏡１４によりカメラ１８の撮影面２２に結像される。具体的には、合波光Ｌ３は、対物レンズ３４の焦点面上における点を、カメラ１８の撮影面上の像点として結像する。
【0040】
カメラ１８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮影素子を備える。カメラ１８は、撮影面２２に結像された合波光Ｌ３を撮影し、この撮影により得られた合波光Ｌ３の撮影信号を信号処理して撮影画像を出力する。
【0041】
本実施形態では、形状測定装置１０をＺ方向に操作しながら、Ｚ方向の位置ＺｉごとにウェーハＷの撮影を行う。これにより、ウェーハＷに形成された溝ＧのＺ方向の位置Ｚｉごとの画像Ｐｉが得られる。
【0042】
図１に示すように、形状測定装置１０の制御装置１００は、制御部１０２及びストレージデバイス１０８を含んでいる。なお、制御装置１００は、専用の装置であってもよいし、例えば、パーソナルコンピュータ等であってもよい。
【0043】
制御部１０２は、形状測定装置１０の各部を制御する。制御部１０２は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）等）、メモリ（例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等）を含んでいる。
【0044】
制御部１０２は、溝方向検出部１０４及び断面形状生成部１０６として機能する。溝方向検出部１０４は、ウェーハＷに形成された溝の形成方向（以下、進行方向という。）を検出する。断面形状生成部１０６は、カメラ１８により撮影した溝ＧのＺ方向の位置ごとの画像から得られた１次元データに基づいて溝Ｇの断面形状を生成する。なお、溝方向検出部１０４及び断面形状生成部１０６は、制御部１０２とは別の論理回路（例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等）により構成されていてもよい。
【0045】
ストレージデバイス１０８は、カメラ１８により撮影した画像及び測定結果等を格納する。ストレージデバイス１０８は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等を含んでいる。
【0046】
制御装置１００には、入出力部１１０が接続されている。入出力部１１０は、例えば、操作部及び表示部を含んでいる。操作部は、ユーザからの操作入力を受け付ける装置であり、例えば、キーボード又はポインティングデバイス等を含んでいる。表示部は、形状測定装置１０による測定結果、形状測定装置１０の操作のためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示する装置であり、例えば、液晶ディスプレイを含んでいる。
【0047】
本実施形態では、カメラ１８により撮影したウェーハＷの２次元の画像Ｐｉを溝Ｇの進行方向に沿って１次元化して１次元データを取得する。そして、Ｚ方向の位置Ｚｉごとの１次元データを用いて溝Ｇの断面形状を生成する。
【0048】
本実施形態では、２次元の画像Ｐｉの１次元化の前に、カメラ１８の画素の配列方向と溝Ｇの進行方向とのアライメントを行う。
【0049】
【0050】
図３及び図４では、説明の便宜上、カメラ１８の画素の配列方向ＡＰはＸ方向と平行とする。ここで、カメラ１８の撮影面２２において画素が互いに直交する２方向に沿って格子状に配置されている場合には、画素の配列方向ＡＰは画素が配列されている２方向のいずれかとすることができる。
【0051】
なお、実際には、形状測定装置１０により撮影した画像では、溝Ｇ０の壁面のうち、形状測定装置１０が合焦するＺ方向位置（深さ位置）、すなわち、表面（深さＺ０）における溝Ｇ０の両縁部で輝度が極大となり、合焦する深さ位置からずれるに伴い暗くなる。これに対して、図３及び図４では、説明の便宜上、溝Ｇ０の壁面の合焦位置よりも深い領域を帯状の領域として図示している。
【0052】
図３では、カメラ１８の画素の配列方向ＡＰ（Ｘ方向）に対して溝Ｇ（Ｇ０）の進行方向ＡＧが傾いている。この場合、溝Ｇの検出結果をＸ方向に投影すると、溝Ｇの幅ＷＦが実際よりも狭くなってしまう。
【0053】
そこで、制御部１０２は、溝方向検出部１０４により溝Ｇの進行方向ＡＧを検出し、カメラ１８の画素の配列方向ＡＰに対する溝Ｇの進行方向ＡＧの傾き角θを算出する。そして、制御部１０２は、回転駆動部５０によりテーブルＴを傾き角θだけ回転させて、画素の配列方向ＡＰと溝Ｇの進行方向ＡＧとを平行にする。これにより、図４に示すように、溝Ｇの幅ＷＴを正確に検出することが可能になる。
【0054】
具体的には、溝方向検出部１０４は、画像Ｐ０から溝Ｇの進行方向ＡＧを下記の手順で検出する。すなわち、画像Ｐ０における位置Ｘｊごとに、輝度が極大となる溝Ｇの両縁部の位置Ｙ１ｊ及びＹ２ｊを検出し、点Ｙ１ｊ及びＹ２ｊの中点Ｙｊを求める。そして、位置Ｘｊごとに求めたＹｊから近似直線を求め、この近似直線の向きを溝Ｇの進行方向ＡＧとする。
【0055】
なお、溝Ｇの進行方向ＡＧの求め方は、上記に限定されず、例えば、ウェーハＷのストリートの向きを検出してもよいし、溝Ｇの進行方向ＡＧを示すアライメントマークを検出することにより求めてもよい。
【0056】
また、上記の例では、カメラ１８の撮影面２２における画素の配列が格子状配列の場合に、画素の配列方向ＡＰと溝Ｇの進行方向ＡＧとを平行にする例（Ａ）について説明したが、本発明はこれに限定されない、例えば、画素が配列されている２方向に直交する方向、すなわち、対角方向と、溝Ｇの進行方向ＡＧとが平行になるようにしてもよい（Ｂ）。また、格子状配列以外の画素配列の場合には、例えば、単位長さ当たりの画素の個数が、所定値以上となる方向（例えば、最大となる方向）と、溝Ｇの進行方向ＡＧとが平行になるようにしてもよい（Ｃ）。すなわち、上記に列挙した例（Ａ）～（Ｃ）のように、カメラ１８の撮影面２２における画素の配列方向ＡＰと溝Ｇの進行方向ＡＧとを整合させることで、溝Ｇの進行方向ＡＧに沿う画素の数（密度）を確保することができればよい。
【0057】
図５は、カメラ１８の画素の配列方向ＡＰと溝Ｇの進行方向ＡＧのアライメント方法を示すフローチャートである。
【0058】
まず、溝方向検出部１０４により、ウェーハＷの画像Ｐ０から溝Ｇの進行方向ＡＧを検出する（ステップＳ１０）。そして、制御部１０２は、カメラ１８の画素の配列方向ＡＰに対する溝Ｇの進行方向ＡＧの傾き角θを検出する（ステップＳ１２）。
【0059】
次に、制御部１０２は、回転駆動部５０によりテーブルＴを傾き角θだけ回転させる（ステップＳ１４）。これにより、画素の配列方向ＡＰと溝Ｇの進行方向ＡＧとが平行になる。
【0060】
なお、図３から図５に示す例では、カメラ１８に対してテーブルＴを回転させたが、カメラ１８の撮影面２２を回転させてもよいし、両方を回転可能としてもよい。すなわち、カメラ１８の撮影面２２とテーブルＴ（ウェーハＷ）とを相対的に回転させることができればよい。
【0061】
また、本実施形態では、カメラ１８とテーブルＴの相対回転によりアライメントを行ったが、相対回転によるアライメント工程を省略することができる。例えば、溝方向検出部１０４により検出した溝Ｇの進行方向ＡＧを１次元化の方向に設定して、ソフトウェア上でアライメントを行う場合には、相対回転によるアライメント工程を省略することができる。
【0062】
図６は、Ｚ方向の位置Ｚｉにおいて撮影した画像Ｐｉの１次元化方法を説明するための図である。図６では、溝Ｇｉの進行方向がＸ方向と平行であり、溝Ｇｉの深さ方向がＺ方向である。また、ｉ＝０をウェーハＷの表面とし、ｉ＝１，２，…の順に深くなる（＋Ｚ側になる）とする。
【0063】
【0064】
本実施形態では、制御部１０２は、Ｚ方向の位置Ｚｉごとの溝Ｇの画像Ｐｉをカメラ１８から取得する。そして、図６に示すように、制御部１０２は、画像ＰｉのＸ方向の位置Ｘｊごとに輝度が最大の位置のＹ座標Ｙ（＋）ｉ，ｊ及びＹ（－）ｉ，ｊを求める（ｊ＝０，１，…，ｍ）。
【0065】
次に、制御部１０２は、下記の式（１）及び（２）により、Ｙ（＋）ｉ，ｊ及びＹ（－）ｉ，ｊの平均値（相加平均）Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを算出する。そして、この平均値Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置として、Ｚ方向の位置Ｚｉごとの平均値Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを含む１次元データが生成される。ここで、制御部１０２は、１次元データ取得部として機能する。
【0066】
【数1】
【0067】
なお、本実施形態は、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置を相加平均により求めたが、これに限定されない。例えば、相乗平均又は調和平均等のほかの平均値算出方法を用いてもよいし、平均値以外の代表値、例えば、中央値（メディアン）等を用いてもよい。
【0068】
また、例えば、図６の溝Ｇｉの両壁面の近傍の領域Ｇ（＋）ｉ及びＧ（－）ｉから離れた位置に輝度が高い画素（ノイズ）が存在する場合も考えられる。このため、代表値Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを求める際に、このようなノイズの影響を除去してもよい。具体的には、領域Ｇ（＋）ｉ及びＧ（－）ｉからそれぞれ求めたＹ座標Ｙ（＋）ｉ，ｊ及びＹ（－）ｉ，ｊの代表値（例えば、中央値）から所定値以上離れている画素、又は画像ＰｉのＹ方向サイズに対して所定割合以上外れている画素については、代表値の算出から予め除去してもよい。なお、ノイズ除去方法は上記に限定されない。
【0069】
図７は、溝Ｇの断面形状を示す図である。図７に示すように、断面形状生成部１０６は、Ｚ方向位置Ｚｉごとに算出した溝Ｇｉの壁面のＹ方向位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを用いて、溝Ｇの断面形状ＧＲを生成する。溝Ｇの断面形状ＧＲは、Ｚ方向位置Ｚｉに対応するＹ方向位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを用いて、最小二乗近似又は多項式近似等の近似により求めることができる。
【0070】
なお、溝Ｇの断面形状ＧＲを近似により生成する際には、断面形状ＧＲの曲線が、各点Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを通ること、又は各点Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉから所定値以上離れないことを拘束条件としてもよい。
【0071】
上記のように、本実施形態では、図６に示すように、Ｚ方向の位置Ｚｉごとの代表値Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを含む１次元データから溝Ｇの断面形状ＧＲを生成することができる。これにより、溝Ｇの断面形状ＧＲの生成に用いるデータを小さくすることができるので、データの蓄積のためのストレージ容量を少なくすることができ、処理能力の高い処理系を要しない。
【0072】
また、本実施形態によれば、溝Ｇｉの進行方向に沿って画像Ｐｉを１次元化するので、溝Ｇｉの壁面が急峻な場合であっても、溝Ｇｉの進行方向のどこかで合焦する可能性が高くなるので、データの欠損が少なくなり、溝Ｇの３次元の正確な形状を生成することができる。
【0073】
ここで、２次元の画像Ｐｉを１次元化する方法は、溝Ｇｉの進行方向（Ｘ方向）に沿う代表値を求める方法（例えば、平均化）に限定されない。すなわち、２次元の画像Ｐｉを溝Ｇｉの進行方向（Ｘ方向）に沿って圧縮することができる方法であれば、どのような方法であってもよい。例えば、変形例１に示すように、２次元の画像Ｐｉの画素値（輝度値）をＸ方向に積算してもよい。
【0074】
【0075】
変形例１では、２次元の画像Ｐｉの画素値（輝度値）をＸ方向に積算する。２次元の画像Ｐｉにおいて、位置（Ｘｊ，Ｙｋ）における画素値（輝度値）をＢｊ，ｋとすると、画素値のＢｊ，ｋのＸ方向に沿う積算値Ｂｋは、下記の式（３）により表される。
【0076】
Ｂｋ＝Ｂ０，ｋ＋Ｂ１，ｋ＋…＋Ｂｊ，ｋ＋…＋Ｂｍ，ｋ （３）
【0077】
Ｙ方向の位置Ｙｋごとに積算値Ｂｋを算出してプロットすることにより、図８に示す輝度値の積算値のグラフが得られる。
【0078】
変形例１では、制御部１０２は、溝Ｇｉの両壁面の近傍の領域Ｇ（＋）ｉ及びＧ（－）ｉにおいて、この積算値Ｂｋが極大となるＹ方向位置Ｙｋ（Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉ）を、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置として求める。
【0079】
変形例１では、Ｙ方向の位置Ｙｋごとに積算値Ｂｋを１次元データとしてもよいし、図６に示す例と同様に、深さＺｉにおいて積算値Ｂｋが極大となるＹ方向位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを１次元データとしてもよい。
【0080】
変形例１においても、図７に示した例と同様に、深さＺｉにおいて、積算値Ｂｋから溝Ｇｉの両縁部Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを求めることにより溝Ｇの断面形状ＧＲを生成することができる。
【0081】
なお、変形例１では、画像Ｐｉの全領域について積算値Ｂｋを求める必要はなく、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置を求めるのに必要最小限の領域のみについて積算値Ｂｋを求めるようにしてもよい。例えば、溝Ｇｉの両壁面の近傍の領域Ｇ（＋）ｉ及びＧ（－）ｉのみについて積算値Ｂｋを求めるようにしてもよい。
【0082】
また、変形例１では、画素値の積算値を求めたが、Ｘ方向に沿う画素値の平均値（例えば、相加平均）を求めて、この平均値が極大となる位置を求めてもよい。
【0083】
【0084】
まず、断面形状生成部１０６は、Ｚ方向の位置Ｚｉごとに撮影された２次元の画像Ｐｉから、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部のＹ方向の位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを含む１次元データを取得する（ステップＳ１００）。
【0085】
ステップＳ１００では、図１０に示すように、まず、カメラ１８をＺ方向に走査して、Ｚ方向の位置Ｚｉ（ｉ＝０，１，…）ごとに、ウェーハＷの溝Ｇを含む範囲の画像Ｐｉを撮影する（ステップＳ１１０）。そして、断面形状生成部１０６は、カメラ１８から読み出した２次元の画像Ｐｉを１次元化する（ステップＳ１１２）。
【0086】
ステップＳ１１２では、断面形状生成部１０６は、例えば、図６に示すように、Ｘ方向の位置Ｘｊごとに輝度が最大の位置のＹ座標Ｙ（＋）ｉ，ｊ及びＹ（－）ｉ，ｊを求めて、Ｙ（＋）ｉ，ｊ及びＹ（－）ｉ，ｊの代表値（例えば、相加平均）を算出する。または、図８に示すように、断面形状生成部１０６は、画像Ｐｉの画素値（輝度値）をＸ方向に積算し、この積算値が極大となるＹ方向位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置として求める。これにより、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部のＹ方向の位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを含む１次元データが生成される。
【0087】
次に、断面形状生成部１０６は、Ｚ方向位置Ｚｉごとに算出した溝Ｇｉの両縁部のＹ方向位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを用いて、最小二乗近似又は多項式近似等の近似により、溝Ｇの断面形状ＧＲを生成する（ステップＳ２００）。
【0088】
なお、本実施形態は、制御装置１００の断面形状生成部１０６において、カメラ１８から取得した２次元の画像Ｐｉを１元化するものであるが、これに限定されない。例えば、カメラ１８において画像Ｐｉの１元化を行ってもよい。
【0089】
カメラ１８において画像Ｐｉの１元化を行う場合、例えば、変形例２に示すように、断面形状生成部１０６をカメラ１８に設けて、撮影の都度１次元化を行ってもよい。また、変形例１のように画素値のＸ方向に沿う積算値を求める場合には、撮像素子で画素値を転送する際に積算を行ってもよい。なお、変形例２では、形状測定方法の全体の流れは図９と同様であるため、１次元化工程（図９のステップＳ１００）のみについて説明する。
【0090】
【0091】
図１１に示すように、まず、カメラ１８をＺ方向に走査して、Ｚ方向の位置Ｚｉ（ｉ＝０）において画像Ｐｉ（ｉ＝０）を撮影する（ステップＳ１２０～Ｓ１２２）。そして、カメラ１８において、画像Ｐｉ（ｉ＝０）を１次元化する（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２４における１次元化の方法は、ステップＳ１１２と同様である。
【0092】
次に、Ｚ方向に走査して、Ｚ方向の位置Ｚｉ（ｉ＝１）において画像Ｐｉ（ｉ＝１）を撮影し（ステップＳ１２６のＮｏ、Ｓ１２８及びＳ１２２）、カメラ１８において、画像Ｐｉ（ｉ＝１）を１次元化する（ステップＳ１２４）。
【0093】
ステップＳ１２２～Ｓ１２８を繰り返して、Ｚ方向の走査が終了すると（ステップＳ１２６のＹｅｓ）、１次元化工程（ステップＳ１００）を終了する。
【0094】
なお、本実施形態は、カメラ１８が２次元アレイ状の撮影面２２を備えることを前提としたものであるが、これに限定されない。例えば、撮像素子が１次元に配置されたラインセンサをＸ方向に走査することにより、図６又は図８と同様の溝Ｇの画像を得るようにしてもよい。
【0095】
また、上記の実施形態は、溝Ｇの２次元の画像Ｐｉを撮影した後に２次元の画像Ｐｉの１次元化を行うものであるが、本発明はこれに限定されない。例えば、変形例３に示すように、溝Ｇを撮影するときに撮影面２２に到達する前の溝Ｇの像（２次元像）を溝Ｇの進行方向に沿って光学的に圧縮することにより、１次元のデータを取得するようにしてもよい。なお、上記の実施形態及び変形例１～２における溝Ｇの２次元の画像Ｐｉと、変形例３における撮影面２２に到達する前で、かつ光学的に圧縮する前の溝Ｇの像は、本発明に係る２次元像の一例である。
【0096】
図１２は、変形例３に係る形状測定装置を示すブロック図である。以下の説明において、上記の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【0097】
図１２に示すように、変形例３に係る形状測定装置１０Ａは、顕微鏡１４Ａの鏡筒内に１次元化光学系６０が設けられている。１次元化光学系６０は、例えば、略半円筒形状を有するシリンドリカルレンズである。
【0098】
図１３は、変形例３に係る１次元化光学系を示す斜視図である。
【0099】
図１３に示すように、シリンドリカルレンズ６０は、円筒の中心軸ＣがＹ方向に対して平行になるように配置されている。また、シリンドリカルレンズ６０は、＋Ｚ側に凸になるように配置されている。
【0100】
シリンドリカルレンズ６０は、カメラ１８の撮影面２２において、ウェーハＷ側からの反射光Ｌ３がＹ方向に伸びる直線状になるように、反射光Ｌ３を成形する。これにより、カメラ１８により、Ｚ方向の位置Ｚｉごとに、溝Ｇに対して垂直な直線状（１次元）の画像Ｐ１ｉが得られる。
【0101】
断面形状生成部１０６は、１次元の画像Ｐ１ｉから、輝度値が極大になる位置（画素）２箇所を、Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置として求める。
【0102】
これにより、図７に示した例と同様に、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉから溝Ｇの断面形状ＧＲを生成することができる。
【0103】
変形例３では、制御部１０２、カメラ１８、撮影面２２及び１次元化光学系６０が１次元データ取得部として機能する。
【0104】
なお、変形例３では、１次元の画像Ｐ１ｉを１次元データとして扱ってもよいし、上記の実施形態と同様に、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部のＹ方向の位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを含むデータを１次元データとして扱ってもよい。
【0105】
また、変形例３では、１次元化光学系６０の例として、シリンドリカルレンズを用いたが、１次元化光学系６０はこれに限定されない。例えば、レンズ、プリズム又は円筒面状のミラー、もしくはこれらの組み合わせにより、１次元の画像Ｐ１ｉを形成可能としてもよい。
【0106】
【0107】
図１５は、変形例３に係る形状測定方法を示すフローチャートである。図１５に示すように、変形例３では、１次元化光学系６０を用いて、Ｚ方向の位置Ｚｉごとに、１次元の画像Ｐ１ｉを取得する（ステップＳ１００Ａ）。そして、断面形状生成部１０６は、１次元の画像Ｐ１ｉから、輝度値が極大になる位置（画素）２箇所を、Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉを、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置として求め、深さＺｉにおける溝Ｇｉの両縁部の位置Ｙ（＋）ｉ及びＹ（－）ｉから溝Ｇの断面形状ＧＲを生成する。
【0108】
上記のように、変形例３によれば、１次元化光学系６０を用いることにより、１次元化のための信号処理を省略することができる。
【符号の説明】
【0109】
１０、１０Ａ…形状測定装置、１２…光源部、１４、１４Ａ…顕微鏡、１６…干渉レンズ、１８…カメラ、２０…ハーフミラー、２２、２２Ａ…撮影面、３０…ビームスプリッタ、３２…参照面、３４…対物レンズ、５０…回転駆動部、５２…Ｘ駆動部、５４…Ｙ駆動部、５６…Ｚ駆動部、６０…１次元化光学系（シリンドリカルレンズ）、１００…制御装置、１０２…制御部、１０４…溝方向検出部、１０６…断面形状生成部、１０８…ストレージデバイス、１１０…入出力部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】