JP2007046946A - 基板の両面形状測定装置及び基板の両面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表面および裏面の両面形状を同時に高精度に測定することができる基板の両面形状測定装置及び基板の両面形状測定方法を提供する。
【解決手段】 測定装置本体１は、金属製のベッド２上の一端部にほぼ垂直状態に配置した縦型定盤３の基準平面４と、それにほぼ平行に被測定基板Ｐを保持する保持機構５と、変位計走査コラム９とを有する。上記変位計走査コラム９は、第１（第２）の変位計を搭載する第１のエアスライド、第３の変位計を搭載する第２のエアスライドを備え、一対のＶ溝１０に沿って水平軸方向に移動する。また、第１（第２）のエアスライドが垂直軸方向に移動する。上記第１（第２）の変位計の走査により被測定基板Ｐの板面の一面の表面形状を測定し、同時に、上記第３の変位計の走査により上記板面の他面の表面形状を測定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板、例えば大型液晶用石英ガラス製のフォトマスク等の基板の表面および裏面の両面形状を高精度で測定することができる基板の両面形状測定装置及び基板の両面形状測定方法に関する。

例えば液晶ディスプレイ基板のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アレイの製造においては、フォトマスク表面に形成された遮光膜からなるマスクパターンが、フォトリソグラフィ技術により露光投影されてマザーガラス上にパターン転写される。そして、このフォトリソグラフィ技術といわゆる加工技術とにより上記マザーガラス上にＴＦＴアレイが形成される。同様に、液晶ディスプレイ基板のカラーフィルターも染料含浸法と呼ばれるリソグラフィーを用いた方法により製造される。ＴＦＴアレイ側およびカラーフィルター側のいずれの製造においても大型のフォトマスクが必要である。そして、精度のよいパターン転写を実施するために、これら大型フォトマスクの材料は線膨張係数の小さい合成石英ガラスが主に用いられる。

上記液晶ディスプレイ基板を製造するためのマザーガラスは益々大型化が図られ、これに伴って、上記石英ガラス製フォトマスクの更なる大型化が求められている。そして、現在では、１５００ｍｍ×１５００ｍｍ寸法以上になる大型フォトマスクが使用されるようになってきた。ここで、この大型フォトマスクの板厚は１０ｍｍ〜２０ｍｍとなる。

上記大型化するフォトマスクでは、フォトマスク全面にわたって上記マスクパターンが形成される表面の平坦度が重要な要素となる。そして、フォトマスクの個々においてその表面の平坦度を測定し、規格範囲内のものを選択する厳重な品質管理が必須になる。そこで、上記大型フォトマスクの表面の平坦度を測定する装置として、これまで種々のものが提案された（例えば、特許文献１，２を参照）。そして、その一部は既に実用に供され上記大型フォトマスクのような被測定基板の平坦度の管理に用いられている。

一方、上記液晶ディスプレイ基板は、ＶＧＡからＳＶＧＡ、ＸＧＡ、ＳＸＧＡ、ＵＸＧＡ、ＱＸＧＡと高精細化が益々進んできている。更には、低温ポリシリコンを用いて上記ＴＦＴを形成すると共に、ディスプレイの画素とは別にマザーガラスの外周部にドライバー用ＩＣを形成する方法が実用化されてきた。そして、これ等に伴って、ＴＦＴアレイ側のパターン転写の精度、特に上記パターンの露光投影における重ね合わせ精度の向上が益々要求されるようになってきている。

上記フォトリソグラフィにおけるパターン転写の高精度化は、フォトマスク全面にわたる上記フォトマスク表面の平坦度と共に、その対向するフォトマスク面（フォトマスクの裏面という）の平坦度の厳重な品質管理を必要としてきている。これについて図８を参照して説明する。ここで、図８（ａ）は、フォトマスク１０１の表面１０２が凸形状になり、裏面１０３形状が比較的に平坦となる場合である。図８（ｂ）は、フォトマスク１０１の表面１０２形状が比較的に平坦であり、裏面１０３が凹形状になる場合である。
図８（ａ）に示すように、フォトマスク１０１表面に凸形状があると、フォトマスク１０１の裏面１０３側から入射する実線の露光光１０４は、その表面１０２の凸形状により曲折を起してマザーガラス１０５表面の感光膜（不図示）を露光する。この露光光１０４の曲折のために、パターン転写において転写位置にズレが生じるようになる。ここで、図中の点線は、上記凸形状が無く光が直進する理想の光路を示している。そこで、上述したようにフォトマスク表面の平坦度を上げ理想の光路に近づけるようにして、上記ＴＦＴアレイ側のパターン転写の精度を向上させている。

また、図８（ｂ）の場合においても、その程度は小さいものの図８（ａ）の場合と同様のことが生じる。図８（ｂ）に示すように、露光光１０４が、凹形状を有する裏面１０３側から入射すると、その光路はそこで曲折して表面１０２に達する。そして、表面１０２において上記曲折の度合いが軽減されてマザーガラス１０５表面の感光膜（不図示）を露光する。このため、この場合においても上記パターン転写の転写位置のズレは、図８（ａ）の場合に比べて小さいけれども生じてしまう。
そして、上述した液晶ディスプレイの高精細化、あるいはドライバー用ＩＣの混載により上記パターン転写の高精度化が必要になってくると、フォトマスク裏面の凹凸形状によるパターン転写の位置ズレが問題として顕在化していく。このために、理想の光路に近づけるようにフォトマスク裏面の平坦度を上げることが要求され、その平坦度の厳重な品質管理が必要になってきている。
特開平３−９０８０５号公報 特開２０００−５５６４１号公報

しかしながら、上記大型液晶用フォトマスクの表面の形状および裏面の形状を同時に高精度に測定できる両面形状測定装置、あるいはその両面形状あるいは両面の平坦度を簡便にしかも高精度に測定する方法は未だ開発されていない。

本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、上記液晶用フォトマスクに限らず基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板において、その表面および裏面の両面形状を高精度に測定することができる基板の両面形状測定装置及び基板の両面形状測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる基板の両面形状測定装置は、定盤の基準平面がほぼ垂直状態となるように配置された定盤と、被測定基板の板面が前記基準平面にほぼ平行になるように被測定基板を保持する保持機構と、前記定盤の基準平面と、前記保持機構によって保持された前記被測定基板の板面の一面との間に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記定盤の基準平面との距離を測定する第１の変位計および前記被測定基板の板面の一面との距離を測定する第２の変位計と、前記板面の一面に対向する他面側に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記板面の他面との距離を測定する第３の変位計と、前記各変位計による測定結果に基づいて被測定基板の表面形状を演算する演算手段と、を有する構成になっている。

上記発明において、前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第１のＹ軸移動機構に前記第１の変位計と前記第２の変位計とが搭載され、前記第１のＹ軸移動機構とは独立に前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第２のＹ軸移動機構に前記第３の変位計が搭載され、前記第１のＹ軸移動機構と前記第２のＹ軸移動機構とが、前記基準平面における水平軸方向に移動可能なＸ軸移動機構に搭載されている。

上記構成にすることで、上記Ｘ軸移動機構および２つのＹ軸移動機構の移動運動において非常に高い真直度と高い位置決め精度が得られるようになる。これに伴って、上記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計は、定盤の基準平面に対して高精度で正確な走査が可能になる。そして、上記基準平面を基準面として、被測定基板の一面および他面の両面形状を同時にしかも高精度に測定することが可能になる。

本発明の好適な一態様では、前記第１のＹ軸移動機構および前記第２のＹ軸移動機構はボールねじおよびこれに結合したスライドにより構成され、前記Ｘ軸移動機構はＶ−Ｖころがり案内あるいはＶ−Ｖすべり案内により構成される。前記スライドとしては、エアスライドを採用することが、ボールねじによる位置決め時の振動による精度の劣化を防止することができる。

また、本発明の好適な一態様では、前記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計は非接触レーザ変位計により構成される。

そして、本発明の基板の両面形状測定方法は、定盤の基準平面をほぼ垂直状態となるように配置し、被測定基板の板面が前記基準平面にほぼ平行になるように前記被測定基板を支持すると共に、前記基準平面に対向して配置された第１の変位計および前記被測定基板の板面の一面側に対向して配置された第２の変位計を前記基準平面と前記被測定基板の板面の一面側との間の垂直面内において走査し、前記板面の一面と前記基準平面との距離を計測し、同時に、前記板面の一面に対向する他面側に対向して配置された第３の変位計を走査し、前記板面の他面と前記基準平面との距離を計測し、前記被測定基板の一面および他面の表面形状を測定する、構成を有している。

上記基板の両面形状測定方法の発明において、予め、前記第２の変位計と前記第３の変位計との間に所定の板厚を有する基準ブロックを配置し、前記第１の変位計と第２の変位計により前記基準ブロックの一面と前記定盤の基準平面との距離（Ａ_１＋Ａ_２＋Ｌ_０）を計測し、前記第３の変位計により前記基準ブロックの他面との距離（Ａ_３）を計測し、前記第３の変位計と前記定盤の基準平面との距離（Ａ_０）を計測する、という構成を有する。

上記構成にすることで、大型液晶用フォトマスクのような大型の被測定基板の両面形状を簡便にしかも短時間において高精度に測定することが可能になる。また、上記被測定基板の一面および他面の両面の平坦度を高精度に求めることができる。

本発明の好適な一態様では、前記第１の変位計と第２の変位計および前記第３の変位計を同期して走査する。

また、基板の両面形状測定方法の発明において、前記第１の変位計と第２の変位計により前記被測定基板の板面の一面と前記基準平面との距離を計測することと、前記第３の変位計により前記板面の他面と前記基準平面との距離を計測することにより、前記被測定基板の形状を簡便に測定することができる。

本発明により、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板において、その表面および裏面の両面形状を高精度に測定することができる。そして、基板の両面の平坦度を簡便にしかも短時間に測定することができる。

本発明の好適な実施形態について図１ないし図７を参照して説明する。図１は、基板の両面形状測定装置の全体構成図である。そして、図２は、被測定基板の両面形状を測定する変位計の走査部を示す斜視図である。
図１に示すように、測定装置本体１は、金属製のベッド２上の一端部に縦型定盤３が配置されている。この縦型定盤３としては、鋳物により構成するのが好適である。そして、この縦型定盤３の垂直面は、すり合わせ加工あるいはラップ加工されその表面がニッケルメッキされて、基準平面４が形成されている。このようにして、基準平面４は、その表面粗さが４００ｎｍ以下のほぼ０に近い高精度な平面形状になっている。上記縦型定盤３は、その他に金属、セラミックスあるいは石定盤といわれる例えばグラナイト等、高精度な平坦加工が可能な材質を用いることができる。

上記ベッド２上における縦型定盤３の手前には、縦横の長さが例えば１５００ｍｍ×１５００ｍｍ程度以下で、板厚が１５ｍｍ程度の大型液晶用石英ガラス製フォトマスクなどの被測定基板Ｐを保持する保持機構５が配置されている。この保持機構５は金属製あるいはセラミックス製の保持部材６を有している。この保持部材６の一対の側柱６ａの間には、それぞれモータ６ｃによって駆動され上下動可能に横架された横桁６ｂが備えられており、この横桁６ｂの上下動によって、被測定基板Ｐのサイズに合わせて支持調整できるようになっている。
また、保持部材６の下部の長手方向に離間して配置された一対の下部支持部材７ａと、保持部材６の上部の横桁６ｂの長手方向のほぼ中央部に配置された上部支持部材７ｂとを具備している。
これらの支持部材７ａ，７ｂには、被測定基板Ｐを固定するための把持機構８が備えられている。この把持機構８がサーボモータによって駆動され、前記縦型定盤３の基準平面４に垂直方向に移動可能となっており、サーボモータを駆動することによって、被測定基板Ｐの板面を精度よく垂直に配置することができる。
上記一対の下部支持部材７ａの離間距離は自動あるいは手動で調整できるようになっている。

そして、ベッド２上において、縦型定盤３の基準平面４におけるＸ軸方向（水平軸方向）に移動する構造の変位計走査コラム９（Ｘ軸移動機構）が配置されている。この変位計走査コラム９は、ベッド２の上面に設けた一対のＶ溝１０に沿って直線運動するＶ−Ｖころがり案内により、図２に記したＸ軸方向に高精度に移動できるようになっている。
ここで、Ｖ−Ｖころがり案内における真直度は高く、ベッド２上面における水平軸方向２３００ｍｍのストロークで２μｍ以下になる。また、その位置決め精度は０．１μｍ以下の高精度になる。

図２に示すように、上記変位計走査コラム９には、大きな重量となる例えば金属製のテーブル１１上に第１のエアスライド１２（第１のＹ軸移動機構）と第２のエアスライド１３（第２のＹ軸移動機構）が垂直状態に設けられている。ここで、第１のエアスライド１２は、テーブル１１上にほぼ垂直に取り付けられた案内レール１４とボールネジ１５有し、その上部において固定板１６に保持されている。そして、第１のエアスライド１２の第１のスライダ１７は、テーブル１１に内蔵のモータ駆動のボールネジ１５により、案内レール１４に沿い上記基準平面４におけるＹ軸方向（垂直軸方向）に高精度に移動するようになっている。
同様にして、第２のエアスライド１３は、テーブル１１上に垂直に取り付けられ別の案内レール１８とボールネジ１９有し、その上部において固定板１６に保持されている。そして、第２のエアスライド１３の第２のスライダ２０は、テーブル１１に内蔵のモータ駆動のボールネジ１９により、案内レール１８に沿い上記基準平面４におけるＹ軸方向に高精度に移動するようになっている。上記案内レール１４，１８および第１のスライダ１７および第２のスライダ２０の材質は、軽量で剛性率の高い例えばアルミニウムまたはセラミックスであると好適である。
ここで、図３に示すように、第１（第２）のスライダ１７（２０）は、ボールネジ１５（１９）のそれぞれのナット２１に一体になるように取り付けられている。このために、テーブル１１内蔵のモータ駆動によるボールネジ１５の回転運動に伴いＹ軸方向に移動する。
そして、図２に示すように、例えばアルミニウムあるいはセラミックスから成る一対の支柱２２が上記テーブル１１と固定板１６との間に垂直に取り付けられている。この一対の支柱２２は、変位計走査コラム９を補強するものでありその変形を防止する機能を有する。

以上のようにして、上記エアスライド案内における真直度は非常に高くなり、垂直軸方向１６００ｍｍのストロークで２μｍ以下になる。また、その位置決め精度は０．１μｍ以下の高精度になる。

そして、図２に示すように、第１のスライダ１７は、それに固定して取り付けられた第１の変位計２３および第２の変位計２４を備えている。同様に、第２のスライダ２０は、それに固定して取り付けられた第３の変位計２５を備えている。ここで、上記第１の変位計２３、第２の変位計２４および第３の変位計２５は、例えばレーザダイオードを備えた非接触レーザ変位計により構成されると好適である。

上記変位計走査コラム９は、上述したような一体の構造体に形成されるために比較的に大きな重量となり、その自重により、そのＸ軸方向の移動がスムーズになって移動速度ムラが大きく低減し、位置決め精度が向上するようになる。

更に、図１に示すように、制御部２６が測定装置本体１の底部に配置されている。この制御部２６からの指令信号によって、上述したようなＶ−Ｖころがり案内による変位計走査コラム９のＸ軸駆動機構、エアスライド案内による第１のスライダ１７のＹ軸駆動機構および第２のスライダ２０のＹ軸駆動機構が、それぞれ所定のシーケンスにしたがって駆動するように制御される。ここで、上記Ｘ軸駆動機構および上記２つのＹ軸駆動機構の駆動部は、ステッピングモータ、ＤＣサーボモータあるいはＡＣサーボモータ等を有している。
また、図１に示しているように、測定装置本体１に隣接しケーブル２７によって接続されたコンピュータ２８が配置されており、上記制御部２６に指令を与えて上記Ｘ軸駆動機構およびＹ軸駆動機構を制御する。そして、後述する上記変位計の走査から得られた種々の距離データに基づいて、被測定基板Ｐの両面の平坦度あるいは基板の板厚を演算し、ディスプレイ２９またはプリンタ３０より、その結果等を出力するように構成されている。

次に、上述した基板の両面形状測定装置の主要な操作および動作について説明する。図１において、被測定基板Ｐとして、例えば高さ１６５０ｍｍ（Ｈ）、幅１８５０ｍｍ（Ｗ）、板厚１５ｍｍの合成石英ガラス基板を保持機構５に装着する。ここで、被測定基板Ｐは、その下端縁を下部支持部材７ａの把持機構８の所定の位置止めにのせて、その上端縁を上部支持部材７ｂにおける所定の位置止めに当接させて、ほぼ垂直になるように立てかけられる。そして、制御部２６からの指令に基づくサーボモータ駆動により上記横桁６ｂを垂直下降させ、下部支持部材７ａの二点と上部支持部材７ｂの一点とにより、被測定基板Ｐは保持部材６に固定保持される。
そして、支持部材７ａ，７ｂに配設された把持機構８を縦型定盤３の基準平面４に垂直方向に移動させることによって、被測定基板Ｐは、縦型定盤３の基準平面４と同様にほぼ垂直状態にされ、上記基準平面４とほぼ平行になるように配置される。

そして、図１に示すように、上述した変位計走査コラム９は、その第１のエアスライド１２と第２のエアスライド１３の間に上記保持機構５を挟んだまま、一対のＶ溝１０に沿ってＸ軸方向（水平軸方向）に一定速度で直線運動する。また、それと共に、第１のスライダ１７および第２のスライダ２０を、それぞれ案内レール１４，１８に沿ってＹ軸方向（垂直軸方向）に一定速度で直線運動させる。また、第１のスライダ１７および第２のスライダ２０は互いに独立に直線運動してもよいし、同期した直線運動になるようにしてもよい。

ここで、上記Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動制御は、コンピュータ２８により入力したプログラムに基づく制御部２６からの指令信号を通し、変位計走査コラム９のＸ軸駆動機構、第１のスライダ１７のＹ軸駆動機構および第２のスライダ２０のＹ軸駆動機構を制御することによって行われる。そして、このＸ軸方向およびＹ軸方向により構成されるほぼ垂直面内において走査移動する、上記第１のスライダ１７および第２のスライダ２０に取り付けた第１の変位計２３、第２の変位計２４および第３の変位計２５による後述するような縦型定盤３の基準平面４からの距離の計測を通して、被測定基板Ｐ全面に亘りその両面における表面形状および板厚の変化を測定する。

上記実施の形態における基板の両面形状測定装置の構成においては、測定装置本体１は、例えば強固な金属製のベッド２上の一端部にほぼ垂直状態に配置した縦型定盤３の基準平面４と、それにほぼ平行に被測定基板Ｐを保持する保持機構５と、変位計走査コラム９とを有している。ここで、変位計走査コラム９は、第１の変位計２３と第２の変位計２４が搭載された第１のエアスライド１７、第３の変位計が搭載された第２のエアスライド２０および一対の支柱２２が一体構造になるように備えており、上記ベッド２上において一対のＶ溝１０に沿って上記基準平面４における水平軸方向に移動できるようになっている。また、変位計走査コラム９上において第１のエアスライド１７および第２のエアスライド２０は上記基準平面４における垂直軸方向に移動するようになっている。
このために、変位計走査コラム９の水平軸方向の直線運動において非常に高い真直度と位置決め精度が得られるようになる。同様に、第１のエアスライド１７および第２のエアスライド２０の垂直軸方向の直線運動において非常に高い真直度と高い位置決め精度が得られるようになる。
そして、これに伴い、上記第１のエアスライド１７に搭載した第１の変位計２３と第２の変位計２４および第２のエアスライド２０に搭載した第３の変位計２５は、上記基準平面４に対して高精度で正確な走査が可能になる。
そして、第１の変位計２３と第２の変位計２４により、上記縦型定盤３の基準平面４を基準面とし被測定基板Ｐの板面の一面の表面形状を精密に測定することができる。同時に、第３の変位計２５により、上記基準平面４を基準面とし被測定基板Ｐの板面の他面の表面形状を精密に測定することができる。そして、これ等の表面形状の測定精度は１μｍ以下になる。
これ等のことから、例えば大型液晶用フォトマスクのような被測定基板Ｐの両面形状を測定する場合において、極めて高精度の測定が可能になる。

次に、本発明の基板の両面形状測定方法について図４ないし図７を参照して説明する。ここで、図１および図２で説明したのと同一または類似の部分には共通の符号を付している。
図４は、例えば上述した第１のスライダ１７に互いに一体に取り付けられた一対の第１の変位計２３と第２の変位計２４、および第２のスライダ２０に取り付けられた第３の変位計２５によって、板面がほぼ垂直状態に設定された被測定基板Ｐの両面の表面形状を測定する実施形態の主要部を示している。ここで、第１の変位計２３は非接触レーザ変位計であり、これは第１のスライダ１７において縦型定盤３に対向し、縦型定盤３の基準平面４との距離Ｌ_１を測定するようになされている。また、第２の変位計２４も非接触レーザ変位計であり、第１のスライダ１７において被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１（例えば表面）に対向し、被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１との距離Ｌ_２を測定するようになされている。そして、第３の変位計２５は非接触レーザ変位計であり、第２のスライダ２０において被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２（例えば裏面）に対向し、被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２との距離Ｌ_３を測定するようになされている。

そして、第１の変位計２３および第２の変位計２４を、基準平面４における水平軸方向および垂直軸方向により構成されるところのほぼ垂直面内を走査し、被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の各部における上記距離Ｌ_ＩおよびＬ_２を計測していく。同時に、第３の変位計２５を上記第１の変位計２３および第２の変位計２４に同期して走査し、被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２の各部における上記距離Ｌ_３を計測する。ここで、第２の変位計２４から出射するレーザ光の光軸と第３の変位計２５から出射するレーザ光の光軸とが同一になるように配置されているものとする。そして、被測定基板Ｐの各部における上記距離データはコンピュータ２８において蓄積される。

図４において、第１および第２の変位計２３，２４は、共に第１のスライダ１７に一体に搭載されており、したがって上記変位計間の距離Ｌ_０は一定となる。このために、 図４ に示す状態において、縦型定盤３の基準平面４と、被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の各部との距離をＲ_１とすると、距離をＲ_１は、Ｒ_１＝Ｌ_０＋Ｌ_１＋Ｌ_２の計算により求めることができる。このようにして、図５に示すように、縦型定盤３の基準平面４を基準面にして距離Ｒ_１を計測／算出し、この距離Ｒ_１データはコンピュータ２８に蓄積する。そして、後述するような方法により被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の平坦度を評価する。

図４において、縦型定盤３の基準平面４から第３の変位計２５までの距離Ａ_０は、基板の両面測定装置の機械構造により決まってくる。このため、この距離Ａ_０を初めに全面に亘り一度計測しておけば、それ以降の基板の両面測定においては上記距離Ａ_０値をそのまま使用することができる。距離Ａ_０を計測するためには、図６に示すように、厚さＤの基準ブロックＭを第２の変位計２４と第３の変位計２５間に固定して取り付ける。そして、基準平面４と第１の変位計２３の距離Ａ_１、基準ブロックＭの第１の面と第２の変位計２４の距離Ａ_２、基準ブロックＭの第１の面に対向した第２の面と第３の変位計２５の距離Ａ_３を計測する。このようにして、上記縦型定盤３の基準平面４から第３の変位計２５までの距離Ａ_０は、Ａ_０＝Ａ_１＋Ａ_２＋Ａ_３＋Ｌ_０＋Ｄの計算により求められる。この距離Ａ_０は、第１の変位計２３と第２の変位計２４および第３の変位計２５を基準平面４の水平軸方向および垂直軸方向に走査することにより、基準平面４を基準面とする第３の変位計の走査面を形成し、図５に示したような仮想基準面ＳＰを構成するようになる。
そして、上記距離Ａ_０データおよび距離Ｌ_３データから、図５に示すように、Ｒ_２＝Ａ_０−Ｌ_３として、縦型定盤３の基準平面４を基準面にした距離Ｒ_２の計測／算出をし、この距離Ｒ_２データはコンピュータ２８に蓄積される。そして、後述するような方法により、被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２の平坦度を評価する。
更に、図５において、被測定基板Ｐの板厚ｔは、ｔ＝Ａ_０−Ｌ_３−Ｒ_１＝Ｒ_２−Ｒ_１の計算により求めることができる。そして、被測定基板Ｐにおける板厚ｔの分布を算出し、板厚ｔのデータはコンピュータ２８に蓄積する。

図４で説明した基板の両面形状測定方法は、第１の変位計２３および第２の変位計２４と第３の変位計２５の走査を同期させるものであった。この両面形状測定では、図７に示すように、第３の変位計２５の走査を第１の変位計２３および第２の変位計２４の走査と非同期に行ってもよい。この場合、第１の変位計２３および第２の変位計２４の走査と距離計測により、図５に示したように被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の縦型定盤３の基準平面４からの距離Ｒ_１の分布を求める。
同様にして、第３の変位計２５の走査と距離計測により、図５に示したように被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ１の縦型定盤３の基準平面４からの距離Ｒ_２の分布を求める。

図７の場合には、第２の変位計２４からのレーザ光あるいは第３の変位計２５からのレーザ光が被測定基板Ｐを透過し、光干渉による距離測定の精度の低下が簡便に防止できる。

次に、被測定基板Ｐの平坦度の評価方法について図５を参照して説明する。その簡便な第１の方法は、図５に示した板厚ｔの被測定基板Ｐ内での分布データから最大値と最小値を抽出し、その差を平坦度とするものである。そして、予め決めた所定の差を基準平坦度にして、被測定基板Ｐの平坦度の評価を行う。また、このような平坦度は、例えば各被測定基板Ｐの測定直後に、上記ディスプレイ２９およびまたはプリンタ３０より出力される。この第１の方法では、被処理基板Ｐの垂直状態あるいは縦型定盤３の基準平面４との配置関係に影響されにくい平坦度が得られる。

そして、第２の方法は以下のようなものである。被測定基板Ｐは保持機構５によってほぼ垂直状態に保持されるものの、その板面は縦型定盤３の基準平面４とは必ずしも平行状態にはならない場合が多い。第２の方法はこのような状況を考慮に入れたものである。
上記コンピュータ２８は、このような状態において測定された各部の距離Ｌ_１、Ｌ_２、Ｌ_３に基づいて算出した距離Ｒ_１およびＲ_２により、被測定基板Ｐの平坦度を求める演算処理を実行する。この場合、被測定基板Ｐの平坦度を求める演算処理としてはいくつかの手法があるが、簡易的な手法として次のようなものがある。

すなわち、各部の距離Ｒ_１（あるいは距離Ｒ_２）のうち、被測定基板Ｐの対角２点測定値を基準として、この時の最大値と最小値の差を第１の板面Ｓ１（あるいは第２の板面Ｓ２）の平坦度とするものである。
具体的には、（１）第１の対角２点における上記距離Ｒ_１が基準平面に対して同じ距離になるように、各部における距離データＲ_１を補正する。（２）もう一方の第２の対角２点における上記距離Ｒ１が基準平面に対して同じ距離になるように、上記（１）で補正した距離データＲ_１を再補正する。（３）以上のようにして補正された各距離データＲ_１の最大値と最小値の差を第１の板面Ｓ１の平坦度とする。
そして、距離データＲ_２に関しても上記距離データＲ_１と全く同様な演算処理を施して補正し、その補正された最大値と最小値の差を第２の平面Ｓ２の平坦度とする。
そして、第１の板面Ｓ１および第２の板面Ｓ２に対して、それぞれ予め決めた所定の差を基準平坦度にして、被測定基板Ｐの平坦度の評価を行う。また、このような演算処理によって求めた平坦度は、例えば各被測定基板Ｐの測定直後に、上記ディスプレイ２９およびまたはプリンタ３０より出力する。

上記基板の両面形状測定方法により、大型液晶用フォトマスクのような大型の被測定基板の両面形状を簡便にしかも短時間において高精度に測定することが可能になる。そして、上記被測定基板の平坦度を高精度に求めることができるようになる。

本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。例えば、ベッド２上において、縦型定盤３の基準平面４における水平軸方向に移動する構造の変位計走査コラム９は、Ｖ−Ｖすべり案内により移動できる構成になっていてもよい。
また、テーブル１１上に設けられる第１のエアスライド１２と第２のエアスライド１３はリニアモータにより垂直軸方向に移動できる構成になっていてもよい。
そして、本発明は、被処理基板Ｐとして上記液晶用石英ガラス製フォトマスク以外にも、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板には同様に適用できるものである。例えば、被処理基板として半導体ウェーハの両面形状測定においても効果的に適用できる。
また、上記変位計としては、他にエアースケールセンサ方式、渦電流方式あるは静電容量方式等も知られており、これらは被測定基板を構成する物質に応じて適宜選択することができる。

本発明にかかる基板の両面形状測定装置の全体構成を示す構成図。 図１に示した基板の両面形状測定装置の変位計走査部を示す斜視図。 図２に示したエアスライドの拡大斜視図。 被測定基板の両面形状を測定する主要部を示した構成図。 被測定基板の両面形状測定および板厚測定を示す模式図。 被測定基板の両面形状測定における変位計の走査面測定を示す模式図。 被測定基板の両面形状を測定する主要部を示す別の構成図。 フォトマスクに露光した場合の光路を説明するための模式図。

符号の説明

１ 測定装置本体
２ ベッド
３ 縦型定盤
４ 基準平面
５ 保持機構
６ 保持部材
７ａ 下部支持部材
７ｂ 上部支持部材
８ 把持機構
９ 変位計走査コラム
１０ Ｖ溝
１１ テーブル
１２ 第１のエアスライド
１３ 第２のエアスライド
１４，１８ 案内レール
１５，１９ ボールネジ
１６ 固定板
１７ 第１のスライダ
２０ 第２のスライダ
２１ ナット
２２ 支柱
２３ 第１の変位計
２４ 第２の変位計
２５ 第３の変位計
２６ 制御部
２７ ケーブル
２８ コンピュータ
２９ ディスプレイ
３０ プリンタ

Claims (9)

1. 定盤の基準平面がほぼ垂直状態となるように配置された定盤と、
   被測定基板の板面が前記基準平面にほぼ平行になるように被測定基板を保持する保持機構と、
   前記定盤の基準平面と、前記保持機構によって保持された前記被測定基板の板面の一面との間に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記定盤の基準平面との距離を測定する第１の変位計および前記被測定基板の板面の一面との距離を測定する第２の変位計と、
   前記板面の一面に対向する他面側に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記板面の他面との距離を測定する第３の変位計と、
   前記各変位計による測定結果に基づいて被測定基板の表面形状を演算する演算手段と、
   を有することを特徴とする基板の両面形状測定装置。
2. 前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第１のＹ軸移動機構に前記第１の変位計と前記第２の変位計とが搭載され、
   前記第１のＹ軸移動機構とは独立に前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第２のＹ軸移動機構に前記第３の変位計が搭載され、
   前記第１のＹ軸移動機構と前記第２のＹ軸移動機構とが、前記基準平面における水平軸方向に移動可能なＸ軸移動機構に搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の基板の両面形状測定装置。
3. 前記第１のＹ軸移動機構および前記第２のＹ軸移動機構がボールねじおよびこれに結合したスライドにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の基板の両面形状測定装置。
4. 前記Ｘ軸移動機構がＶ−Ｖころがり案内あるいはＶ−Ｖすべり案内により構成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の基板の両面形状測定装置。
5. 前記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計が非接触レーザ変位計であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板の両面形状測定装置。
6. 定盤の基準平面をほぼ垂直状態となるように配置し、
   被測定基板の板面が前記基準平面にほぼ平行になるように前記被測定基板を支持すると共に、
   前記基準平面に対向して配置された第１の変位計および前記被測定基板の板面の一面側に対向して配置された第２の変位計を前記基準平面と前記被測定基板の板面の一面側との間の垂直面内において走査し、前記板面の一面と前記基準平面との距離を計測し、同時に、前記板面の一面に対向する他面側に対向して配置された第３の変位計を走査し、前記板面の他面と前記基準平面との距離を計測し、前記被測定基板の一面および他面の表面形状を測定する、ことを特徴とする基板の両面形状測定方法。
7. 請求項６に記載の基板の両面形状測定方法において、
   予め、前記第２の変位計と前記第３の変位計との間に所定の板厚を有する基準ブロックを配置し、前記第１の変位計と第２の変位計により前記基準ブロックの一面と前記定盤の基準平面との距離（Ａ_１＋Ａ_２＋Ｌ_０）を計測し、前記第３の変位計により前記基準ブロックの他面との距離（Ａ_３）を計測し、前記第３の変位計と前記定盤の基準平面との距離（Ａ_０）を計測する、ことを特徴とする請求項６に記載の基板の両面形状測定方法。
8. 前記第１の変位計と第２の変位計および前記第３の変位計を同期して走査することを特徴とする請求項６又は７に記載の基板の両面形状測定方法。
9. 前記第１の変位計と第２の変位計により前記被測定基板の板面の一面と前記基準平面との距離を計測することと、前記第３の変位計により前記板面の他面と前記基準平面との距離を計測することにより、前記被測定基板の形状を測定することを特徴とする請求項８に記載の基板の両面形状測定方法。
   
   

Images