JP2003075147A - 平坦度測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変位計による１次元の走査をより多くの方向
から行って被測定物表面の正確な平坦度の精度を行え，
被測定物の下面の平坦度も測定できること。 【解決手段】３つのうち２つの支持点Ａ，Ｂを，上から
見て走査線（Ｙ軸）と平行な直線上，かつ原点Ｏからの
距離を等しく，かつ走査線とＯＡ，ＯＢとのなす角度を
（１８０／Ｎ）°，（１８０−１８０／Ｎ）°（Ｎ＝３
以上の整数）とし，被測定物１を原点Ｏを中心に（１８
０／Ｎ）°分ずつ回転させてＮ回測定することにより，
各走査線が他の走査線の測定時に支持点Ａ，Ｂで支持さ
れる被支持点を通るようにする。さらに，各被支持点に
おける真の表面高さと，測定値と，該測定値と真の表面
高さとの差（要補正値）との関係式，各走査線上の被支
持点の要補正値と，該走査線の平行線上の被支持点の真
の表面高さと，支持点Ａ，Ｂの高さ差との関係式に基づ
き表面高さの分布を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，半導体基盤等の被
測定物の表面の平坦度の測定方法及びその測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体基盤（ウェハ）等の被測定物に反
りが生じて平坦度が損なわれていないかどうかを検査す
る方法には，干渉計による方法や，レーザ変位計や静電
容量式変位計等の変位計を走査させて被測定物表面の高
さ（変位量）分布を測定し，その測定値により平坦度を
求める方法等がある。変位計を走査させる場合の一般的
な方法は，変位計による一次元の走査を，被測定物の表
面上において直交する２方向に（ｘ方向及びｙ方向の十
字状に）それぞれ行い，前記２方向における測定値から
平坦度を求めるるものであり，一般に十字法といわれ
る。ここで平坦度は，例えば，測定値から最小二乗平面
等の基準平面を求め，この基準平面に対する各測定値の
変位量の大きさ等で評価する。このとき，変位計による
走査本数を増やせばより正確な平坦度を測定することが
できるが，走査方向を変更するために被測定物の支持部
や変位計の支持部に回転機構を設けると，回転機構のガ
タ等による面ぶれが生じやすく，その結果，各走査毎に
被測定物に異なる傾きが生じる。また，固定した所定の
支持部の上に被測定物を載置して測定し，走査方向を変
更するために被測定物を回転させる方法においても，被
測定物の表面の被支持点又は被支持面に凹凸が存在する
と，これによって各走査毎に被測定物に異なる傾きが生
じる。この傾きは，被測定物を支持する支持点又は支持
面の高さの差によっても生じる。このように，走査毎に
異なる傾きが生じると，測定値にはこの傾きに起因する
変位量（以下，要補正変位量という）が含まれることに
なる。該要補正変位量は，２方向の走査であれば補正可
能であるが，３方向以上の走査を行ってその走査毎に被
測定物に異なる傾きが生じると前記基準平面が定まら
ず，正しく平坦度が測定できない。そこで，特開平７−
３３２９６２号公報では，被測定物の下面の３点を支持
する支持部を設けた基準板の下面を高精度（高平坦度）
に加工し，その基準板の下面からさらに別の支持部で支
持し，前記基準板を回転させることにより，面ぶれをな
くすよう提案されている。ここで，被測定物を回転させ
る場合は，前記基準板ごと回転させる。これにより，前
記基準板の下面は高精度に加工されているので，回転を
行っても被測定物に異なる傾きが生じることがなくな
る。また，エアスピンドルを用いた回転機構によっても
面ぶれを小さくできることは知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，前記公
報記載の方法では，走査方向を変更する際に前記基準板
上に載置された前記支持部が被測定物とともに回転する
ため，被測定物の下面側の表面を測定する場合，変位計
と前記支持部が干渉し，その結果，被測定物の下面側を
測定できないという問題点があった。このため，被測定
物の上面及び下面の両面の平坦度を同時に測定すること
はできなかった。さらに，前記基準板の下面はそれを支
持する支持部との磨耗が生じ，長期間に渡って高精度な
仕上げ面を維持することが困難であるという問題点もあ
った。また，一般にエアスピンドルは高価であり，これ
を用いると高コストとなるという問題点もあった。従っ
て，本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，そ
の目的とするところは，変位計による１次元の走査をよ
り多くの方向から行って被測定物表面の正確な平坦度を
測定する際に，被測定物の支持部と干渉することなく被
測定物の下面の平坦度を測定できるとともに，測定精度
の維持のために特別な手間を要せず，しかも低コストで
測定できる平坦度測定方法及びその測定装置を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は，被測定物を異なる３つの支持点で支持し，
変位計による１次元の走査を，前記被測定物の測定表面
に略垂直な方向から見た複数の異なる走査線に沿って行
うことにより，前記被測定物の表面高さの分布を測定
し，該測定により得た測定値に基づいて前記被測定物の
表面の平坦度を測定する平坦度測定方法において，前記
３つの支持点のうち所定の２つの支持点を，前記被測定
物の測定表面に略垂直な方向から見て前記走査線と平行
な直線上に配置し，前記各走査線が，他の前記走査線に
沿った前記走査の際に前記２つの支持点のいずれかによ
り支持される点に対応する前記被測定物の測定表面上の
被支持点を通るようにし，前記変位計による前記測定を
少なくとも３以上の異なる前記走査線に沿って行い，前
記各被支持点における真の表面高さと，前記測定値と，
該測定値と前記真の表面高さとの差を表す要補正値との
関係を表す式と，前記各走査線上の前記被支持点におけ
る前記要補正値と，前記被測定物の測定表面の略垂直な
方向から見て前記各走査線に平行な線上の前記被支持点
における前記真の表面高さと，前記２つの支持点の高さ
の差との関係を表す式とに，前記測定値を適用すること
により前記平坦度を測定する平坦度測定方法である。

【０００５】また，全ての前記走査線が，前記被測定物
の測定表面に略垂直な方向から見て前記被測定物の表面
における所定の回転中心点も通るものであり，前記各測
定値について，前記回転中心点における全ての前記測定
値が一致するようオフセット分を補正することが考えら
れる。さらに，前記回転中心点をＯとし，前記２つの支
持点をＡ及びＢとしたときに，前記被測定物の測定表面
に略垂直な方向から見て，線分ＯＡ及びＯＢの長さが等
しく，かつ前記変位計による前記走査の方向と直線ＯＡ
及びＯＢとのなす角度が，各々所定の回転方向に（１８
０／Ｎ）°及び（１８０−１８０／Ｎ）°（Ｎ＝３以上
の整数）となる位置に前記支持点Ａ，Ｂを配置し，前記
各走査線が，前記回転中心点Ｏを中心に（１８０／Ｎ）
°分ずつ回転させたＮ本の線となるようにすることも考
えられる。

【０００６】また，前記２つの支持点の高さの差を１つ
の未知数とし，前記被支持点のうちの所定の２点におけ
る，前記真の表面高さと前記オフセット分の補正後の前
記測定値とが一致するものとし，残りの前記被支持点の
うち所定の（Ｎ−２）点における，前記真の表面高さと
前記オフセット分の補正後の前記測定値との差を各々個
別の未知数とし，Ｎ本の前記各走査線に沿った前記測定
毎に，前記各未知数を用いて構成したＮ個の方程式を最
小二乗法を用いて解くことにより，前記真の表面高さを
求めてもよい。また，前記平坦度測定方法を適用した平
坦度測定装置として捉えたものであってもよい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下添付図面を参照しながら，本
発明の実施の形態及び実施例について説明し，本発明の
理解に供する。尚，以下の実施の形態及び実施例は，本
発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を
限定する性格のものではない。ここに，図１は本発明の
実施の形態に係る平坦度測定装置Ｕの概略構成を表す３
面図，図２は本発明の実施の形態に係る平坦度測定装置
Ｕにおける被測定物を測定する走査線を表す図，図３は
本発明の実施の形態に係る平坦度測定装置Ｕにおける被
測定物の表面高さを模式的に表す図，図４は本発明の実
施例に係る平坦度測定装置Ｕ１における被測定物の支持
点を表す図，図５は本発明の実施例に係る平坦度測定装
置Ｕ１における被測定物を測定する走査線を表す図，図
６は本発明の実施例に係る平坦度測定装置Ｕ２における
被測定物の支持点を表す図，図７は本発明の実施例に係
る平坦度測定装置Ｕ２における被測定物を測定する走査
線を表す図である。

【０００８】まず，図１を用いて本発明の実施の形態に
係る平坦度測定装置Ｕの概略構成を説明する。平坦度測
定装置Ｕは，被測定物の一例である円形の板状の半導体
基盤（ウェハ）の平坦度を測定するものである。もちろ
ん，前記ウェハは円形板状のものに限られるものではな
い。前記ウェハ１は，３つの支持部２ａ〜２ｃの先端
（支持点Ａ〜Ｃ）で略水平に支持され，その状態で，静
電容量式変位センサ３（以下，単にセンサという）を略
水平な直線方向（Ｙ軸の負の方向）に走査してウェハ１
の上面及び下面の略鉛直方向の表面高さ（不図示のＺ軸
方向の変位量）を同時に計測する。以下，単に測定値と
いうときは，便宜上，ウェハ１の下面側の測定値を指す
ものとする。該下面側の測定値によりウェハ１の下面の
形状（表面高さの分布）を測定できれば，上面側及び下
面側の測定値の差により，ウェハ１の厚みも測定でき
る。また，ウェハ１の厚みが既知（所定の精度で製造さ
れていることが保証されている等）であれば，下面側の
測定値にその厚みを加算することによって，上面の形状
も測定できる。３つの支持部２ａ〜２ｃのうちの２つの
支持部２ａ，２ｂがウェハ１と接触する支持点Ａ，Ｂ
（前記２つの支持点）は，Ｚ軸方向（ウェハ１の面の略
垂直な方向）から見て（図１の平面図），前記センサ３
の走査方向（Ｙ軸の負方向）と平行な直線上であり，か
つＹ軸の正方向から時計回りに各々４５°，１３５°
（１８０°−４５°）となる位置に配置されている。残
りの支持部２ｃの位置は，支持部２ａ，２ｂとともにウ
ェハ１を安定して支持できる位置であれば特に限定する
ものではない。ここでは，支持部２ａ，２ｂの中間位置
とＹ軸を挟んで反対側の適当な位置に配置されている。
また，図１には示していないが，平坦度測定装置Ｕは，
支持部２ａ〜２ｃにより支持されたウェハ１を持ち上
げ，上方（Ｚ軸の正方向）から見て，Ｙ軸上の所定の原
点Ｏ（前記回転中心点に該当）を中心に所定角度だけ回
転させた後，ウェハ１を降ろして支持部２ａ〜２ｃに支
持させる昇降・回転装置を有している。平坦度測定装置
Ｕでは，支持部２ａ〜２ｃ上に載置されたウェハ１を，
前記昇降・回転装置により，上方から見て時計回りに４
５°ずつ回転させ，４方向（１８０°／４５°の方向）
について測定を行う。また，上面側及び下面側の測定値
は，不図示の計算機に入力され，該計算機によってウェ
ハ１の平坦度を求める各種演算を行う。さらに前記計算
機は，前記センサー３及び前記昇降・回転装置に対して
制御信号を出力することによりこれらの制御を行う。こ
のように，支持部２ａ〜２ｃと前記センサ３との相対的
な位置関係を一定とし，ウェハ１のみを回転させて走査
方向を変更するので，前記センサ３と支持部２ａ〜２ｃ
が干渉することなくウェハ１の下面側を測定できる。ま
た，磨耗を伴う高精度な仕上げ面を有しないので，磨耗
対策等を行う必要もない。さらに，エアスピンドル等の
高価な装置を用いない一般的な１次元走査方式の測定装
置であり低コストである。即ち，本発明は，一般的な１
次走査方式の測定装置を用いて，測定位置（走査線の位
置）と支持位置（支持点Ａ，Ｂ），及び以下に述べる測
定値の処理方法を工夫することにより，ウェハ１の正確
な平坦度を求めるものである。

【０００９】次に，図８を用いて，平坦度測定装置Ｕに
おけるウェハ１表面の平坦度の測定手順について説明す
る。以下，Ｓ１，Ｓ２，，は，処理手順（ステップ）の
番号を表す。図８の処理が開始される前に，予め，手操
作又は所定の装置により，前記支持部２ａ〜２ｃ上にウ
ェハ１が所定の方向（例えば，ウェハ１の結晶方向（ノ
ッチ方向又はオリフラ方向）をＹ軸の正の方向と一致さ
せる等）に，前記支持部２ａ〜２ｃ上に載置されている
ものとする。まず，センサ３を走査させ，ウェハ１の表
面高さを測定（Ｓ１）し，前記計算機によりその測定値
を取り込んで，該測定値の誤差補正（Ｓ２）を行う。該
誤差補正とは，ウェハ１の重力たわみやセンサ３の走査
誤差，ウェハ１の回転移動によるウェハ１とセンサ３と
の間の静電容量の変化等に起因する誤差を測定値から除
去する処理である。前記誤差補正は，厚さが均一な校正
用の基準ウェハを予め複数回測定し，その測定値の平均
値を校正データとして前記計算機に記憶させておき，該
校正データによってＳ１で得た測定値を補正する。次
に，前記誤差補正を行った測定値を前記計算機により記
憶（Ｓ３）する。次に，前記計算機によりＳ１で行った
測定が，当該ウェハ１について何回目の測定であるかが
判別（Ｓ４）され，Ｎ回目未満（ここでは，Ｎ＝４）で
あると判別された場合は，前記昇降・回転装置によりウ
ェハ１を（１８０／Ｎ）°分（即ち４５°分）だけ回転
（Ｓ８）させて，Ｓ１へ戻って測定を繰り返す。Ｓ４に
おいて，Ｎ回目（Ｎ＝４）の測定であると判別された場
合は，前記計算機によりＳ３で記憶された前記測定値に
つてオフセット補正を行う。前記オフセット補正とは，
Ｎ回（Ｎ＝４）分の全ての測定において共通に測定する
前記原点Ｏ（ウェハ１の回転中心）の位置での全ての前
記測定値が等しいものとして前記各測定値のオフセット
分を補正することである。具体的には，前記各走査毎
に，前記各測定値から前記原点Ｏでの測定値を差し引い
た値を前記オフセット分の補正後の測定値（以下，相対
測定値という）とする。これにより，前記原点Ｏの位置
での全ての前記測定値が０（ゼロ）となり，前記相対測
定値は，前記原点Ｏの測定値との相対高さを示すことと
なる。このように，前記相対測定値への補正を行うの
は，平坦度の測定においては，ウェハ１表面のＺ軸方向
の変位（表面高さ）の絶対値が必要なわけではなく，基
準となる平面に対するウェハ１表面の相対的な高さ分布
が把握できればよいためである。次に，Ｓ５で求めた前
記相対測定値を，後述する所定の方程式に代入（適用）
することにより，ウェハ１表面の真の表面高さと前記相
対測定値との差（要補正変位量）を求める（Ｓ６）。前
記相対測定値は，前記支持点Ａ，Ｂで支持されるウェハ
１の表面上の点（被支持点）に存在する凹凸と，前記支
持点Ａ及びＢの高さの差とによって生じる，ウェハ１の
傾きに起因する変位量（前記要補正変位量）とが重積さ
れた値である。このため，前記相対測定値をウェハ１の
形状（表面高さ）の値とすることができない。前記真の
表面高さとは，ウェハ１と一定の位置関係を持った平面
を仮定し，該平面からの距離（高さ）のことをいう。即
ち，ウェハ１の傾きに起因する変位量の影響を受けない
高さを表すものである。最後に，Ｓ６で求めた前記真の
表面高さのデータにより，最小二乗平面等の基準平面を
求め，該基準平面の高さに対する前記真の表面高さの差
の大きさ（例えば，標準偏差や最大差等）によりウェハ
１表面の平坦度を評価する（Ｓ７）。

【００１０】次に，図８のＳ６において用いる方程式に
ついて説明する。まず，図２により以下用いる記号につ
いて説明する。図２は，被測定物であるウェハ１を上方
（Ｚ軸の正方向）から見たときの模式図であり，太線は
センサ３により走査する線（走査線）を，前記太線の矢
印がセンサ３による走査方向を，点ｈ１〜ｈ８は４回の
前記センサ３の走査において前記支持点Ａ，Ｂで支持さ
れるウェハ１表面の点である被支持点を表す。該被支持
点ｈ１〜ｈ８は，実際は図２に示された位置のウェハ１
の下面側にある。１回目の前記走査における前記走査線
Ｄｉｒ０は被支持点ｈ１，ｈ５を通り，同２回目の前記
走査における前記走査線Ｄｉｒ４５は被支持点ｈ２，ｈ
６を通り，同３回目の前記走査における前記走査Ｄｉｒ
９０は被支持点ｈ３，ｈ７を通り，同４回目の前記走査
における前記走査線Ｄｉｒ１３５は被支持点ｈ４，ｈ８
を通る。隣り合う前記各走査線のなす角度θは４５°で
ある。また，前記原点Ｏから前記各被支持点ｈ１〜ｈ８
までの距離をＬ（従って，例えばｈ１〜ｈ５間は２Ｌ）
とし，ｈ１〜ｈ３間，ｈ２〜ｈ４間，，，ｈ６〜ｈ８間
の各距離，即ち，図１における前記支持点Ａ〜Ｂ間の距
離を２ｄとする。

【００１１】次に，前記真の表面高さと前記相対測定値
との関係を定式化する。例えば１回目の前記走査におい
ては，ウェハ１は，前記支持点Ａ，Ｂの高さの差，及び
前記被支持点ｈ２，ｈ４の凹凸により傾きを持つ。この
傾きは，前記各走査毎に異なる。ここで，前記傾きの影
響を取り除いた前記被支持点ｈｉ（ｉ＝１〜８）におけ
る前記真の表面高さをｗｉ，前記被支持点ｈｉにおける
前記相対測定値をｓｉ，それらの差である要補正変位量
をｋｉ（＝ｓｉ−ｗｉ）とする。図３は，１回目の前記
走査（走査線Ｄｉｒ０）における，前記真の表面高さ
（破線Ｗｇ）及び前記相対測定値（実線Ｓｇ）を表すグ
ラフである。グラフ縦軸（Ｚ軸）がウェハ１の表面高さ
を表し，横軸（Ｙ軸）が前記センサ３による走査方向を
表す。前述したように，前記原点Ｏから前記被支持点ｈ
１及びｈ５までの各距離は等しいため，前記原点Ｏにお
ける前記真の表面高さＷｇと前記相対測定値Ｓｇを一致
させると，前記被支持点ｈ１での前記要補正変位量を＋
ｋ１とすれば，前記被支持点ｈ５での前記要補正変位量
は−ｋ１となる。この関係を，前記被支持点ｈ１〜ｈ８
について表すと，次の式１の通りとなる。

【数１】

【００１２】次に，前記要補正変位量ｋ１〜ｋ４につい
て定式化する。以下，１回目の前記走査（前記走査線Ｄ
ｉｒ０に相当）について説明する。まず，前記支持点
Ａ，Ｂの高さの差を２Δ（Ａの高さ−Ｂの高さ）とする
と，点Ａ，Ｂ間のＹ軸方向の距離が２ｄであるので，点
Ａ，Ｂの高さの差によって生じるＹ軸方向の傾きは，
（２Δ／２ｄ）である。ここで，前記支持点Ａ，Ｂ（図
２においては，各点ｈ４，ｈ２に該当）を通る線と，前
記走査線Ｄｉｒ０とはＺ軸方向から見て平行であるの
で，前記走査線Ｄｉｒ０の方向の傾きも（２Δ／２ｄ）
である。従って，点ｈ１において，点Ａ，Ｂの高さの差
に起因するウェハ１の傾きによって生じる変位量は，点
ｈ１の位置が前記原点ＯからＹ軸の負の方向にＬの位置
であるので，｛−（２Δ／２ｄ）・Ｌ｝となる。また，
ウェハ１表面の凹凸による前記走査線Ｄｉｒ０方向のウ
ェハ１の傾きは，そのときの被支持点となる点ｈ２，ｈ
４の前記真の表面高さの差に起因する傾き｛−（ｗ４−
ｗ２）／２ｄ｝となる。（ウェハ１表面のＺ軸方向の高
さが高いとき，即ち，ウェハ１の下面側から見て凹の状
態のときは，ウェハ１がＺ軸の負の方向に沈むので傾き
の符号は反転する）従って，点ｈ１において，ウェハ１
表面の凹凸に起因するウェハ１の傾きによって生じる変
位量は，｛（ｗ４−ｗ２）／２ｄ・Ｌ｝となる。そし
て，点ｈ１における前記要補正変位量ｋ１は，これら２
つの変位量を加算した値となる。以上の要領で，前記各
走査（前記走査線Ｄｉｒ０〜Ｄｉｒ１３５）における前
記要補正変位量ｋ１〜ｋ４を式で表すと，次の式２の通
りとなる。

【数２】 ここで，ｒ＝Ｌ／ｄ＝１／ｃｏｓ（４５°）＝√２であ
る。

【００１３】次に，前記要補正変位量ｋ１〜ｋ４を求め
れば，前記真の表面高さが求まるが，式１を式２に代入
しても，未知数（ｋ１〜ｋ４，Δ）が５つで式が４つと
なり，解は求まらない。これを解決するには，ウェハ１
の真の傾き（前記真の表面高さ＝前記相対測定値となる
ときのウェハ１の傾き）を固定した上で解を求めること
が考えられる。ウェハ１のソリを評価する際は，そのウ
ェハ１自身の測定値から特定される平面（測定値のうち
の特定の３点で決定される平面，或いは最小二乗面等）
からの変位量で評価される，即ち，測定値全体の相対評
価によって評価されることから，ウェハ１の前記真の傾
きを固定することは何ら問題ない。その方法としては，
例えば，ｗ１＝ｗ５，或いはｋ１＝ａ（定数）等するこ
とにより，ウェハ１の前記真の傾きのうち１方向の傾き
を固定し，未知数を４つ，式を４つとして未知数ｋ２，
ｋ４，Δを求めることが考えられる。また，例えば，ｗ
１＝ｗ５かつｗ３＝ｗ７等とするか，ｋ１＝ｋ３＝ａ
（定数）等として，ウェハ１の前記真の傾きを直行する
２方向について固定（即ち，ウェハ１の前記真の傾き全
体を固定）し，３変数１次方程式を求める一般的な最小
二乗法により残りの未知数を求めることも考えられる。
また，例えば，前記支持点Ａ，Ｂの高さの差２Δを予め
測定しておき，これにより未知数ｋ１〜ｋ４を求めても
よい。ここでは，ｋ１＝ｋ３＝０とし，前記走査線Ｄｉ
ｒ０及びＤｉｒ９０での測定における前記相対測定値を
補正せずに，その相対測定値に合うようにｋ２，ｋ４を
決定する。即ち，式１を式２に代入し，ｋ１＝ｋ３＝０
とすることにより，次の式３が得られる。

【数３】 式３により，未知数ｋ２，ｋ４，Δが３つで方程式が４
つとなり，適当な３つの方程式を選択すれば解を求める
ことができる。しかし，精度を上げるためには，４つの
方程式全てを計算結果に反映することが望ましい。その
ため，当該平坦度測定装置Ｕでは，３変数１次方程式を
求める一般的な最小二乗法により，未知数ｋ２，ｋ４，
Δを求める。このようにして求めた前記要補正変位量ｋ
２及びｋ４により，前記走査線Ｄｉｒ４５，Ｄｉｒ１３
５の各走査時のＹ軸方向のウェハ１の前記真の傾きが各
々，（−ｋ２／Ｌ），（−ｋ４／Ｌ）と求まるので，こ
れにより，前記走査線Ｄｉｒ４５，Ｄｉｒ１３５の各走
査時の前記相対測定値を補正すれば，ウェハ１下面の４
方向の真の形状（表面高さ）を表すデータが求まる。こ
のようにして求めた，真の形状を表すデータを用いて，
例えばそのうちの特定の３点のデータで決定される平
面，或いは最小二乗面等からの変位量を求め，該変位量
によりウェハ１下面の平坦度（ソリ）が評価できる。

【００１４】

【実施例】前記平坦度測定装置Ｕでは，ウェハ１を４５
°ずつ回転させて４方向について測定したが，その応用
例として，図４に示すように，前記基準支持点Ａ，Ｂを
Ｙ軸の正方向から時計回りに６０°（１８０°／Ｎ，Ｎ
＝３）及び１２０°の位置に配置させ，図５に示すよう
に前記走査線を６０°間隔で３本としてもよい。また，
図６に示すように，前記基準支持点Ａ，ＢをＹ軸の正方
向から半時計回りに２２．５°（１８０°／Ｎ，Ｎ＝
８）及び１５７．５°の位置に配置させ，図７に示すよ
うに前記走査線を２２．５°間隔で８本としてもよい。
図４及び図５の例では，前述した式１に相当する式は，
次式１ａとなる。

【数４】 また，前述した式２に相当する式は，次式２ａとなる。

【数５】 ｋ１＝ｋ２＝０として，式１ａ及び式２ａを整理する
と，前述した式３に相当する式として次の式３ａとな
る。

【数６】 式３ａは未知数ｋ３，Δが２つ，方程式が３つとなり，
２変数１次方程式を求める一般的な最小二乗法により解
が求まる。同様に，図６及び図７に示す応用例では，前
述した式１〜式３に相当する式が，各々次の式１ｂ，式
２ｂ，式３ｂとなる。これらの式も同様に解くことがで
きる。

【数７】

【数８】

【数９】 また，前記平坦度測定装置Ｕでは，センサー３を走査さ
せているが，センサー３とウェハ１の相対移動であれば
よく，センサー３を固定し，前記支持部２ａ〜２ｃを直
線的に移動させるよう構成してもよい。また，センサー
３は，静電容量式変位センサとしたが，例えば，三角測
量に基づくレーザ変位計や渦流センサ等，他の変位セン
サであってももちろん適用可能である。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
変位計による１次元の走査をより多くの方向から行って
被測定物表面の正確な平坦度の精度を行えるので正確な
平坦度を求めることができる。また，被測定物の下面の
測定も可能となる。さらに測定精度の維持のために，高
精度の加工面を維持する等の特別な手間も必要でない
上，特に高価な装置を必要としないため低コストで平坦
度を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る平坦度測定装置Ｕの
概略構成を表す３面図。

【図２】本発明の実施の形態に係る平坦度測定装置Ｕに
おける被測定物を測定する走査線を表す図。

【図３】本発明の実施の形態に係る平坦度測定装置Ｕに
おける被測定物の表面高さを模式的に表す図。

【図４】本発明の実施例に係る平坦度測定装置Ｕ１にお
ける被測定物の支持点を表す図。

【図５】本発明の実施例に係る平坦度測定装置Ｕ１にお
ける被測定物を測定する走査線を表す図。

【図６】本発明の実施例に係る平坦度測定装置Ｕ２にお
ける被測定物の支持点を表す図。

【図７】本発明の実施例に係る平坦度測定装置Ｕ２にお
ける被測定物を測定する走査線を表す図。

【図８】本発明の実施の形態に係る平坦度測定装置Ｕに
おける平坦度の測定手順を表すフローチャート。

【符号の説明】

１…半導体基盤（ウェハ） ２ａ〜２ｃ…支持部 ２Ａ〜２Ｃ…支持点 ３…静電容量式変位センサ ｈ１〜ｈ８…被支持点 Ｄｉｒ０，Ｄｉｒ４５，，…走査線 Ｓｇ…相対測定値 Ｗｇ…真の表面高さ

フロントページの続き (72)発明者 山本 雄治 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社コベルコ科研ＬＥＯ事業本部内 (72)発明者 平尾 祐司 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社コベルコ科研ＬＥＯ事業本部内 (72)発明者 今西 顕史 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社コベルコ科研ＬＥＯ事業本部内 (72)発明者 綱木 英俊 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社コベルコ科研ＬＥＯ事業本部内 Ｆターム(参考） 2F069 AA42 AA54 BB15 CC06 EE23 GG04 GG06 GG12 GG39 GG52 GG62 HH09 JJ06 MM02 MM23 NN17 PP02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定物を異なる３つの支持点で支持
   し，変位計による１次元の走査を，前記被測定物の測定
   表面に略垂直な方向から見た複数の異なる走査線に沿っ
   て行うことにより，前記被測定物の表面高さの分布を測
   定し，該測定により得た測定値に基づいて前記被測定物
   の表面の平坦度を測定する平坦度測定方法において，前
   記３つの支持点のうち所定の２つの支持点を，前記被測
   定物の測定表面に略垂直な方向から見て前記走査線と平
   行な直線上に配置し，前記各走査線が，他の前記走査線
   に沿った前記走査の際に前記２つの支持点のいずれかに
   より支持される点に対応する前記被測定物の測定表面上
   の被支持点を通るようにし，前記変位計による前記測定
   を少なくとも３以上の異なる前記走査線に沿って行い，
   前記各被支持点における真の表面高さと，前記測定値
   と，該測定値と前記真の表面高さとの差を表す要補正値
   との関係を表す式と，前記各走査線上の前記被支持点に
   おける前記要補正値と，前記被測定物の測定表面の略垂
   直な方向から見て前記各走査線に平行な線上の前記被支
   持点における前記真の表面高さと，前記２つの支持点の
   高さの差との関係を表す式とに，前記測定値を適用する
   ことにより前記平坦度を測定する平坦度測定方法
2. 【請求項２】 全ての前記走査線が，前記被測定物の測
   定表面に略垂直な方向から見て前記被測定物の表面にお
   ける所定の回転中心点も通るものであり，前記各測定値
   について，前記回転中心点における全ての前記測定値が
   一致するようオフセット分を補正してなる請求項１に記
   載の平坦度測定方法。
3. 【請求項３】 前記回転中心点をＯとし，前記２つの支
   持点をＡ及びＢとしたときに，前記被測定物の測定表面
   に略垂直な方向から見て，線分ＯＡ及びＯＢの長さが等
   しく，かつ前記変位計による前記走査の方向と直線ＯＡ
   及びＯＢとのなす角度が，各々所定の回転方向に（１８
   ０／Ｎ）°及び（１８０−１８０／Ｎ）°（Ｎ＝３以上
   の整数）となる位置に前記支持点Ａ，Ｂを配置し，前記
   各走査線が，前記回転中心点Ｏを中心に（１８０／Ｎ）
   °分ずつ回転させたＮ本の線である請求項２に記載の平
   坦度測定方法。
4. 【請求項４】 前記２つの支持点の高さの差を１つの未
   知数とし，前記被支持点のうちの所定の２点における，
   前記真の表面高さと前記オフセット分の補正後の前記測
   定値とが一致するものとし，残りの前記被支持点のうち
   所定の（Ｎ−２）点における，前記真の表面高さと前記
   オフセット分の補正後の前記測定値との差を各々個別の
   未知数とし，Ｎ本の前記各走査線に沿った前記測定毎
   に，前記各未知数を用いて構成したＮ個の方程式を最小
   二乗法を用いて解くことにより，前記真の表面高さを求
   めてなる請求項３に記載の平坦度測定方法。
5. 【請求項５】 被測定物を異なる３つの支持点で支持す
   る支持手段と，前記被測定物の表面高さを１次元の走査
   により測定する変位計と，該変位計による前記走査を，
   前記被測定物の測定表面に略垂直な方向から見た複数の
   異なる走査線に沿って行うことにより，前記被測定物の
   表面高さの分布を測定する表面高さ分布測定手段とを具
   備し，該表面高さ分布測定手段により得た測定値に基づ
   いて前記被測定物の表面の平坦度を測定する平坦度測定
   装置において，前記支持手段が，前記３つの支持点のう
   ちの所定の２つの支持点を，前記被測定物の測定表面に
   略垂直な方向から見て，前記走査線と平行な直線上に配
   置するものであり，前記各走査線が，他の前記走査線に
   沿った前記走査の際に前記２つの支持点により支持され
   る前記被測定物の測定表面上の点である被支持点を通る
   ものであり，前記表面高さ分布測定手段により，少なく
   とも３以上の異なる前記走査線に沿って前記測定してな
   ることを特徴とする平坦度測定装置。