JP2006170834A - 表面形状測定方法及び表面形状測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガラス基板等の薄板の表面形状を精度よく測定することができるようにする。
【解決手段】 一対の反射型センサ７５及び７６を備えて一対の反射型センサの間に配置された薄板Ｗの表面形状を測定する際、一対の反射型センサを所定の間隔をおいて配置するとともに、所定の間隔方向と直交する面において一対の反射型センサを互いに所定のずれ量だけずらして配置して、薄板及び一対の反射型センサを直交する面に沿って相対的に移動させて薄板表面を走査して薄板の表面形状を得る。
【選択図】 図６

Description

本発明は、薄板の表面形状を測定するための測定方法及び測定装置に関し、特に、ガラス基板の表面形状を測定するための測定方法及び測定装置に関するものである。

一般に、薄板の表面形状を測定する手法として、薄板であるシリコンウェーハの厚さ及びその表面形状（例えば、平坦度）を連続して測定する手法が知られている。例えば、シリコンウェーハの中心部のみをチャックで支持した状態で容量型センサによって各点の厚みを測定し、続いてチャックに支持位置を中心部からずらして、中心部の厚みを測定し、厚みを表すデータに基づいて平坦度を算出するようにしたものがある（特許文献１参照）。

さらに、シリコンウェーハの厚さを測定する装置として、シリコンウェーハを支持する旋回手段と、旋回手段を載せて平面上を直線状に移動可能な直線移動手段とを備えて、一対の変位センサの間にシリコンウェーハを配置して、変位センサによってシリコンウェーハの各点でその厚さを測定するようにしたものがある（特許文献２参照）。

また、シリコンウェーハの厚さを測定する装置として、所定の間隔を置いて互いに対向して一対の距離センサを配置して、ウェーハ支持部によって両距離センサの間でシリコンウェーハの周縁部をその表裏両面が両距離センサの対向方向にほぼ直角になるように支持し、エアースライドによって両距離センサをその対向方向と直角方向に移動可能に支持して、エアースライドを介して両距離センサのシリコンウェーハに対する位置を制御しつつ、厚さを測定するようにしたものがある（特許文献３参照）。

加えて、シリコンウェーハの厚さ及び平坦度を測定する装置として、シリコンウェーハをロータに保持して、シリコンウェーハの回転面に平行な軸に沿って直線的に移動可能なアームに取り付けた走査センサを備えて、螺旋状その他の走査経路を実現して、シリコンウェーハの各点における厚みを計測して、これら厚みデータに応じて平坦度を求めるようにしたものがある（特許文献４参照）。

また、シリコンウェーハ等の薄板を同一平面内において回動自在に支持するとともに、この平面の一側及び他側に平行に第１及び第２の案内軸を、第１及び第２の案内軸が互いに平行になるように配置して、第１及び第２の案内軸に沿って独立に移動する第１及び第２のセンサによって薄板の一面及び他面までの距離を独立して測定して、薄板の一面及び他面の表面形状を測定するようにしたものがある（特許文献５参照）。

そして、シリコンウェーハ等の薄板材の平坦度を測定する装置として、薄板材を薄板材回転手段で保持しつつ回転させて、薄板材を取り囲むよう配置された環状の取付台における薄板材の両面側方の対称位置に、薄板材の対向表面までの距離又は距離の変化をそれぞれ測定する一対の変位センサを取り付けて、取付台を測定走査手段により直線移動させて変位センサの測定位置を薄板材の回転半径方向に走査するようにしたものがある（特許文献６参照）。

特公平５−７７１７９号公報 実開昭６４−１０６１０号公報 実開平６−４９９５８号公報 特許第３１９７００１号公報 特開平１１−３５１８５７号公報 特開２００１−１２４５４２公報

特許文献１〜６に記載された測定装置においては、シリコンウェーハの両面側に所定の間隔をおいて互いに対向する一対の測定センサ（距離センサ等）を配置して、各測定センサからシリコンウェーハ表面までの距離を測定する。そして、一対の測定センサ間の間隔（センサ間距離）は予め規定されているので、センサ間距離と各測定センサで測定された距離とに応じてシリコンウェーハの厚さを求めている。さらに、各測定センサをシリコンウェーハ表面に沿って移動させつつ、シリコンウェーハの厚みを連続的に測定すれば、シリコンシリコンウェーハの表面形状を測定することができる。

ところが、特許文献１〜６に記載された測定装置では、シリコンウェーハ等の薄板材の表面形状を測定することができるものの、ガラス基板等の薄板材の表面形状を精度よく測定することが難しい。

つまり、液晶パネルの普及に伴って、ガラス基板の種類も曇りガラス状の基板、透明基板等種々の基板があり、例えば、測定センサとしてレーザ光を照射してその反射光によってガラス基板表面までの距離を測定しようとすると、レーザ光がガラス基板を透過したり、乱反射したりして、互いに対向して配置された測定センサにおいて相互干渉（以下光干渉と呼ぶ）が生じてしまい、精度よくガラス基板の表面形状を測定できないという課題がある。

本発明の目的は、薄板であるガラス基板の表面形状を精度よく測定することのできる表面形状測定方法及び表面形状測定装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、一対の反射型センサを備え該一対の反射型センサの間に配置された薄板の表面形状を測定するための測定方法であって、前記一対の反射型センサを所定の間隔をおいて配置する第１のステップと、該所定の間隔方向と直交する面において前記一対の反射型センサを互いに所定のずれ量だけずらして配置する第２のステップと、前記薄板及び前記一対の反射型センサを前記直交する面に沿って相対的に移動させて前記薄板表面を走査して前記薄板の表面形状を得る第３のステップとを有することを特徴とするものである。

さらに本発明によれば、一対の反射型センサを備え該一対の反射型センサの間に配置された薄板の表面形状を測定するための測定装置であって、前記反射型センサは所定の間隔をおいて配置されるとともに該所定の間隔方向と直交する面において互いに所定のずれ量だけずらされて配置されており、前記薄板及び前記一対の反射型センサを前記直交する面に沿って相対的に移動させて前記薄板表面を走査して前記薄板の表面形状を得る走査手段を有することを特徴とする表面形状測定装置が得られる。

本発明では、前記走査手段は前記一対の反射型センサを前記薄板表面に沿って同時に走査しており、前記薄板は、例えば、ガラス基板である。

以上のように、本発明では、一対の反射型センサを所定の間隔をおいて配置するとともに、所定の間隔方向と直交する面において互いに所定のずれ量だけずらして配置して、直交する面に沿って薄板及び反射型センサを相対的に移動させて薄板表面を走査するようにしたので、反射型センサからの光が薄板を透過したり又は乱反射しても、光干渉が生じることなく、精度よく薄板の表面形状を測定できるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１を参照して、図１は本発明による表面形状測定装置の一例を示す側面図であり、図示の表面形状測定装置はガラス基板等の薄板の表面形状を測定する際に用いられる。つまり、薄板は透明又は曇り（すり）ガラス基板である。表面形状測定装置は、基台（ベース）１０を有しており、ベース１０上には基板垂直保持機構１０ａ及び測定機構１０ｂが搭載されている。

基板垂直保持機構１０ａは下部保持部２１及び上部保持部２２を有し、下部保持部２１はベース１０上に配置され、図中上側に突出する一対の保持部材２１ａ及び２１ｂを備えている。これら保持部材２１ａ及び２１ｂは図中左右方向に移動可能であり、保持部材２１ａ及び２１ｂはガラス基板Ｗの幅（大きさ）に応じて調整される。

ベース１０の後ろ側には柱部２２ａが植立しており、この柱部２２ａに沿って上下ねじ送り機構２２ｂ（例えば、ボールねじ）が装着されている。そして、上下ねじ送り機構２２ｂを構成する駆動ナットに取付部材２２ｃが装着されて、取付部材２２ｃの下端に上部保持部２２が装着され、上部保持部２２はガラス基板Ｗの大きさに合わせてその位置が調整される。そして、一対の保持部材２１ａ及び２１ｂと上部保持部２２とによってガラス基板Ｗが保持される。

つまり、下部保持部２１ではガラス基板Ｗの下端を２箇所で保持し、上部保持部２２はガラス基板Ｗの上端をその中央１箇所で保持する（即ち、基板垂直保持機構１０ａはガラス基板Ｗを３箇所で垂直に保持することになる）。

測定機構１０ｂは上下スライド装置３０及び４０を有しており、これら上下スライド機構３０及び４０はそれぞれベース１０上の図中左右両端部に垂直に植立配置されている。上下スライド装置３０及び４０の内側にはそれぞれボールねじ等によるねじ送り機構５０及び６０が配置されている。

図示のように、上下スライド装置３０及び４０には上下方向（垂直方向）にスライドするスライド部材３１及び４１が備えられ、スライド部材３１及び４１には測定部移動機構７０が連結されている。そして、測定部移動機構７０は後述するように水平方向に移動可能となっている。

図示のように、ベース１０の右端部にはモータ等の駆動部８０が配設されており、この駆動部８０は連結部（図示せず）を介してねじ送り機構５０及び６０に接続されている。これによって、駆動部８０の回転駆動力が同時にねじ送り機構５０及び６０に伝達される。ねじ送り機構５０及び６０にはそれぞれナット部５１及び６１が備えられ、これらナット部５１及び６１にはスライド部材３１及び４１が一体に取り付けられ、駆動部８０が回転すると、スライド部材３１及び４１が上下方向にスライドし、これによって、測定部移動機構７０が上下方向に移動する。

ここで、図２も参照して、測定部移動機構７０は被測定物であるガラス基板Ｗの幅よりもその長さが大きく、所定の間隔をおいて平行に配置された一対のスライドレール部７１及び７２を有し、スライドレール部７１及び７２はガラス基板Ｗの幅方向に延在している。スライドレール部７１及び７２にはそれぞれ水平方向に移動可能にスライド部材７３及び７４が装着されており、スライド部材７３及び７４の対向面にはそれぞれ測定部（例えば、変位センサ（反射型センサ））７５及び７６が取り付けられ、測定部７５及び７６はガラス基板Ｗを挟んで対向する位置に配設されている。

なお、上述の例では、上下スライド装置３０及び４０はエアースライドによって構成され、測定部移動機構７０はリニアモータ機構によって構成されている。また、スライドレール部７１及び７２の両端部は、スライド部材３１及び４１の側部に固着した取付部材３２及び４２上に載置されている。

図１に示す表面形状測定装置では、ガラス基板Ｗを前述したように基板垂直保持機構１０ａによって垂直に保持して、測定部移動機構７０、つまり、スライド部材７３及び７４をＸ−Ｙ方向に移動制御する。これによって、測定部７５及び７６がガラス基板Ｗの表面に沿って移動し、非接触でガラス基板Ｗの表面形状を測定する（例えば、その平坦度を連続的又は間歇的に測定し、さらには測定部７５及び７６による測定結果からガラス基板Ｗの厚さが算出される）。

ここで、本発明による測定手法を容易に理解するため、従来の測定手法について概説する。図３を参照して、厚さ基準ゲージＧ（例えば、石英ガラス製でガラス基板の厚さに近いゲージ）を挟んで、実線矢印で示すように変位センサ７５及び７６の焦点を合わせて互いに対向するように同一の線上に配置する。そして、被測定物であるガラス基板Ｗを変位センサ７５及び７６の間に配置して、図４（ａ）に実線矢印で示すように、変位センサ７５及び７６を走査して、ガラス基板Ｗの厚さ及び表面形状を測定する。

なお、ガラス基板Ｗの厚さと厚さ基準ゲージＧの厚さとが異なる際には、例えば、変位センサ７５及び７６の位置を図４（ｂ）に実線矢印で示す方向に移動して再度変位センサ７５及び７６の焦点を合わせた後測定を行う。

ところで、図３及び図４で説明した測定手法では、変位センサ７５及び７６を互いに対向した状態に位置付けて、変位センサ７５及び７６を走査しているため、ガラス基板Ｗが薄い透明基板であるか又は曇りガラス基板であると、変位センサ７５及び７６からの光がガラス基板を透過したり又は乱反射したりして、光干渉を生じてしまい、精度よくガラス基板の表面形状を測定できない。

このような不具合を防止するため、本実施例では次のようにしてガラス基板Ｗの表面形状を測定した。まず、図５（ａ）に実線矢印で示すように、変位センサ７５を退避させて、厚さ基準ゲージＧと変位センサ７６を対向させて、実線矢印で示すように変位センサ７６の焦点を合わせ、変位センサ７６の位置決めを行う。続いて、図５（ｂ）に実線矢印で示すように、変位センサ７６を退避させて、厚さ基準ゲージＧと変位センサ７５を対向させて、実線矢印で示すように変位センサ７５の焦点を合わせ、変位センサ７５の位置決めを行う。

このようにして変位センサ７５及び７６の位置決めを行うことになるが、図１に示す例では、変位センサ７５及び７６の位置決めが既に行われており、さらに、変位センサ７５及び７６はその走査方向（水平方向）に予め規定された距離（ずらし量（例えば、２５ｍｍ））だけずらして配置されている。

図６を参照すると、変位センサ７５及び７６は走査方向（図１において水平方向）に所定のずらし量だけずらされて配置されており、変位センサ７５及び７６は、図６に実線矢印で示す方向に走査して、ガラス基板Ｗの表面形状を計測する。この際、変位センサ７５及び７６は所定のずらし量Ｐだけずらされて配置されているから、ガラス基板Ｗが薄い透明基板であるか又はすりガラス基板であっても、相互に光干渉を与えることがなく、精度よくガラス基板Ｗの表面形状を計測することができる。

なお、変位センサ７５及び７６の間隔及び変位センサ７６の測定値（ガラス基板Ｗと変位センサ７６との距離）と所定のずれ量走査した後の変位センサ７５の測定値（ガラス基板Ｗと変位センサ７５との距離）とに基づいて、ガラス基板Ｗの厚さを求めることができる。また、上述の例では、ガラス基板Ｗを垂直に保持した例について説明したが、ガラス基板Ｗを水平に保持した際にも同様にしてガラス基板Ｗの表面形状を測定することができる。また、変位センサ７５及び７６を固定状態として、ガラス基板Ｗを移動させるようにしてもよい。

一対の反射型センサを所定の間隔をおいて配置するとともに、所定の間隔方向と直交する面において互いに所定のずれ量だけずらして配置して、直交する面に沿って薄板及び反射型センサを相対的に移動させて薄板表面を走査するようにしたから、反射型センサからの光が薄板を透過したり又は乱反射しても、光干渉が生じることなく、精度よく薄板の表面形状を測定できる結果、各種薄板の表面形状測定に適用できる。

本発明による表面形状測定装置の一例を側方から示す図である。 図１に示す表面形状測定装置で用いられる測定部移動機構を図１のＡ−Ａ線方向から示す図である。 従来の表面形状測定方法を行う際の変位センサの焦点合わせを説明するための図である。 従来の表面形状測定方法を説明するための図であり、（ａ）は変位センサの走査方向を示す図、（ｂ）はガラス基板が厚さ基準ゲージよりも薄い際の変位センサの再焦点合わせを説明するための図である。 本発明による表面形状測定方法を行う際の変位センサの焦点合わせを説明するための図であり、（ａ）は一方の変位センサの焦点合わせを示す図、（ｂ）は他方の変位センサの焦点合わせを示す図である。 本発明による表面形状測定方法の一例を説明するための図である。

符号の説明

１０ 基台（ベース）
１０ａ 基板垂直保持機構
１０ｂ 測定機構
２１ 下部保持部
２２ 上部保持部
２１ａ，２１ｂ 保持部材
２２ａ 柱部
２２ｂ 上下ねじ送り機構
２２ｃ，３２，４２ 取付部材
３０，４０ 上下スライド装置
５０，６０ ねじ送り機構
３１，４１ スライド部材
７０ 測定部移動機構
８０ 駆動部
５１，６１ ナット部
７１，７２ スライドレール部
７３，７４ スライド部材
７５，７６ 測定部（変位センサ（反射型センサ））

Claims (4)

1. 一対の反射型センサを備え該一対の反射型センサの間に配置された薄板の表面形状を測定するための測定方法であって、
   前記一対の反射型センサを所定の間隔をおいて配置する第１のステップと、
   該所定の間隔方向と直交する面において前記一対の反射型センサを互いに所定のずれ量だけずらして配置する第２のステップと、
   前記薄板及び前記一対の反射型センサを前記直交する面に沿って相対的に移動させて前記薄板表面を走査して前記薄板の表面形状を得る第３のステップとを有することを特徴とする表面形状測定方法。
2. 一対の反射型センサを備え該一対の反射型センサの間に配置された薄板の表面形状を測定するための測定装置であって、
   前記反射型センサは所定の間隔をおいて配置されるとともに該所定の間隔方向と直交する面において互いに所定のずれ量だけずらされて配置されており、
   前記薄板及び前記一対の反射型センサを前記直交する面に沿って相対的に移動させて前記薄板表面を走査して前記薄板の表面形状を得る走査手段を有することを特徴とする表面形状測定装置。
3. 前記走査手段は前記一対の反射型センサを前記薄板表面に沿って同時に走査するようにしたことを特徴とする請求項２記載の表面形状測定装置。
4. 前記薄板はガラス基板であることを特徴とする請求項２又は３記載の表面形状測定装置。

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