JP3404318B2 - 表面形状測定方法 - Google Patents
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Description
等の被測定物の表面形状を精密に測定するための表面形
状測定方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、シリコンウェーハ等の薄板の表面
形状を測定するための装置として、例えば、特公平5−
77179号公報,特開平10−47949号公報等に
開示されるものが知られている。図5は、特公平5−7
7179号公報に開示される装置を示すもので、この装
置では、回転可能な真空チャック1にシリコンウェーハ
等の薄板2が吸着支持されている。 【0003】薄板2の両側には、変位計3が配置され、
これ等の変位計3がアーム4および支持部材5により支
持されている。そして、この装置では、薄板2の形状評
価においては、薄板2の用途が、例えば、平面等の基準
面に密着されることを前提としていることから、必要と
される領域内において測定された厚さのデータ群のバラ
ツキが薄板2の平坦度とされている。 【0004】しかしながら、このような従来の評価方法
では、薄板2の基準平面に密着される面に局所的な凹凸
があり、あるいは、厚みが一定でも小さな周期のうねり
を有しており、この面が基準平面に充分に密着されなか
った場合にも、あたかも、その凹凸あるいはうねりが、
その反対面に存在する形状として表現されてしまい、例
えば、その表面に微細なパターンの描画あるいは転写を
行うシリコンウェーハ等の形状評価において過大もしく
は過小評価が生じるおそれがあるという問題があった。 【0005】すなわち、例えば、図6の(a)に示すよ
うに、シリコンウェーハからなる薄板2の裏面2a側
に、数mmから数十mmの長さの局所的な凹部2bが存
在している場合には、パターン転写時に、真空吸着盤の
吸引力では、薄板2を基準面Kに確実に密着することが
できず、厚さデータを基にした平坦度の評価結果は、図
の(a’)に示すように薄板2の表面2c側に凹部2b
が存在することになり、本来、パターンを良好に転写可
能な形状でありながら不良と判断されることになる。 【0006】また、例えば、図6の(b)に示すよう
に、薄板2の裏面2a側に、数mmから数十mmの長さ
の局所的な凸部2dが存在している場合には、凸部2d
の周辺部を基準面Kに確実に密着することができず、厚
さデータを基にした平坦度の評価結果は、図の(b’)
に示すように薄板2の表面2c側に実際より小さい凸部
2dが存在することになり、評価よりも広い範囲におい
てパターンの転写不良が生じることになる。 【0007】さらに、例えば、図6の(c)に示すよう
に、薄板2の厚さが均一で短い周期のうねりが存在して
いる場合には、凸部2eの裏面2a側を基準面Kに確実
に密着することができず、厚さデータを基にした平坦度
の評価結果は、図の(c’)に示すように平坦状態にな
り、評価では想像できないパターンの転写不良が生じる
ことになる。 【0008】また、従来の装置では、薄板2の厚さを測
定することを目的としているため、薄板2の両面を測定
する一対の変位計3の相対的な距離を一定に保つように
しておけば良いことから、図7に示すように、薄板2を
挟みこむようにして二股状の保持部6を位置させ、この
保持部6の先端に変位計3を配置し、保持部6の根元部
7を支持して保持部6を移動するように構成しているた
め、以下に述べるような問題があった。 【0009】すなわち、このような構造では、例えば、
薄板2の直径が300mmの大きさになると、薄板2の
全面を測定するためには、二股状の保持部6の長さが少
なくとも150mm以上必要になり、しかも、その根元
部7も変位計3から150mm以上離れてしまうため、
根元部7の移動精度が拡大され、変位計3の直進性に起
因する誤差が発生し、また、一対の変位計3の測定点が
ずれてしまうことによるアッベ誤差が発生するという問
題が生じる。 【0010】また、二股状の保持部6が、音叉のように
振動した場合には、一対の変位計3の相対的な距離が変
動し、誤差が発生するという問題が生じる。本出願人
は、先に、かかる従来の問題を解決することができる薄
板の表面形状測定装置を開発し、これを特願平10−1
58892号として出願した。図8は、この出願に係わ
る薄板の表面形状測定装置を示しており、この装置は、
薄板11を同一平面内において回動自在に支持する支持
手段13を有している。 【0011】薄板11の平面の一側および他側には、平
面に平行に、かつ相互に平行になるように第1および第
2の案内軸15,17が配置されている。第1および第
2の案内軸15,17には、第1および第2の案内軸1
5,17に沿って独立に移動する第1および第2のスラ
イダ19,21が配置されている。そして、第1および
第2のスライダ19,21には、薄板11の一面および
他面までの距離を独立して測定する第1および第2の計
測手段23,25が配置されている。 【0012】このような装置では、簡易な構成により、
薄板11の表面形状を高い精度で測定することができ
る。 【0013】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の装置では、薄板11の両側に、測定の基準と
なる平行2平面を形成しているため、その平行2平面を
生成するための第1および第2のスライダ19,21の
各々の真直度と、相互の平行度が、その測定精度に直接
影響を及ぼす要因となっていた。 【0014】従って、真直度および平行度を高精度に仕
上げ、配置するのは勿論のこと、装置設置後において
も、定期的にこれらを確認し、必要に応じてデータの補
正を行うことが高信頼性,再現性を得るために不可欠で
あった。そして、従来、真直度および平行度の測定は、
図9に示すように、高価でかつ取り扱いに慎重さを要す
るガラス製の真直マスタ27を、装置の測定面に治具等
を用いてセットし、第1および第2のスライダ19,2
1の運動線19A,21Aに対しての真直マスタ27ま
での距離L1,L2を各々測定し、各々の運動線19
A,21Aに対する基準直線19B,21Bを設定する
ことにより行われている。 【0015】また、これ等の運動線19A,21Aの平
行度の確認にあたっては、第1および第2のスライダ1
9,21の移動方向での所定の位置を2ヶ所設定し、そ
こにおける運動線19A,21A相互の相対的な距離L
3,L4を測定し、距離L3に、基準直線19B,21
Bからの偏差Δ11,Δ12を加算し、距離L4に、基
準直線19B,21Bからの偏差Δ21,Δ22を加算
することにより平行度の算出が行われている。 【0016】しかしながら、このような従来の測定方法
では、以下のような点から測定の誤差要因を含むことが
懸念され、また、その作業効率が非常に悪いという問題
があった。すなわち、各運動線19A,21Aの真直度
を各々独立して測定した後に、所定の2点のみで平行度
を確認するために、平行度の計算にあたっては、各々の
運動線19A,21Aの真直度を補正し、所定の2点に
おける相対距離の変化分に、この補正値を重畳し、さら
に、得られた平行度データより再度2軸の運動線19
A,21Aの真直度の補正値を計算し直すといった複雑
な手続きが必要であった。 【0017】また、2点における相対距離の変化分のみ
で平行度を算出するために、移動範囲全域での両運動線
19A,21Aの相対的な距離変化を把握することがで
きず、ひいては測定データの信頼性を低下することが懸
念されていた。さらに、運動線19A,21Aの真直度
の測定には、高価でかつ取り扱いに慎重さを要するガラ
ス製の真直マスタ27を、装置の測定面に治具を用いて
セットする必要があるため、高い技能を要求され、装置
の使用者に対してこれを日常点検とした場合には、長い
作業時間が必要になり、また、装置の自動化が困難なも
のになる。 【0018】本発明は、かかる従来の問題点を解決する
ためになされたもので、被測定物の表面形状を容易,確
実に高い精度で測定することができる表面形状測定方法
を提供することを目的とする。 【0019】 【0020】 【0021】【課題を解決するための手段】 請求項1の表面形状測定
方法は、第1の案内軸と第2の案内軸とを略平行に配置
し、前記第1および第2の案内軸に沿って移動する第1
および第2の計測手段により、前記第1および第2の計
測手段の間に配置される被測定物の一面および他面まで
の距離を連続的に測定し、前記被測定物の一面および他
面の表面形状を得るための表面形状測定方法において、
予め、前記第1の案内軸に沿って移動する第1の計測手
段の真直度を測定し、基準直線に対する偏差をそれぞれ
の軸長方向位置において求め真直度データを得るととも
に、前記第1および第2の計測手段を、前記第1および
第2の案内軸に沿って同期して移動することにより、前
記第1の計測手段と第2の計測手段との相対距離を連続
的に測定し軸長方向の相対距離データを得た後、前記第
1および第2の計測手段を前記第1および第2の案内軸
に沿って移動し、前記被測定物の一面および他面までの
距離を連続的に測定し、それぞれの軸長方向位置におい
て、前記相対距離データの対応する相対距離から、前記
被測定物の一面および他面までの対応する距離を減算す
ることにより前記被測定物の厚みを得、さらに、それぞ
れの軸長方向位置において、前記被測定物の一面までの
対応する距離に、前記真直度データの対応する偏差を加
算することにより前記被測定物の一面の表面形状を得、
この一面の表面形状に前記被測定物の厚みを加算するこ
とにより被測定物の他面の表面形状を得ることを特徴と
する。 【0022】 【0023】 【0024】(作用) 請求項1 の表面形状測定方法では、予め、第1の案内軸
に沿って移動する第1の計測手段の真直度を測定するこ
とにより、基準直線に対する偏差がそれぞれの軸長方向
位置において求められ真直度データとされる。 【0025】また、予め、第1および第2の計測手段
を、第1および第2の案内軸に沿って同期して移動する
ことにより、第1の計測手段と第2の計測手段との相対
距離が連続的に測定され軸長方向の相対距離データが得
られる。次に、第1および第2の計測手段を第1および
第2の案内軸に沿って移動し、被測定物の一面および他
面までの距離を連続的に測定し、それぞれの軸長方向位
置において、相対距離データの対応する相対距離から、
被測定物の一面および他面までの対応する距離を減算す
ることにより被測定物の厚みが求められる。 【0026】そして、それぞれの軸長方向位置におい
て、被測定物の一面までの対応する距離に、真直度デー
タの対応する偏差を加算することにより被測定物の一面
の表面形状が求められる。また、この一面の表面形状に
被測定物の厚みを加算することにより被測定物の他面の
表面形状が得られる。 【0027】 【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて詳細に説明する。図1は、本発明の測定方法の一
実施形態が適用される測定装置を示している。この測定
装置では、ベース部材31上に第1の案内軸33および
第2の案内軸35が配置されている。 【0028】この第1の案内軸33と第2の案内軸35
とは、所定間隔を置いて平行に配置されている。第1の
案内軸33と第2の案内軸35との間には、例えば、薄
板状のシリコンウェーハからなる被測定物37が着脱自
在に支持されている。第1の案内軸33および第2の案
内軸35には、被測定物37の一面37aおよび他面3
7bまでの距離を測定する第1の計測手段39および第
2の計測手段41が配置されている。 【0029】第1の計測手段39は、第1の案内軸33
に沿って移動される第1のスライダ43と、この第1の
スライダ43に固定される第1の測定器45を備えてい
る。また、第2の計測手段41は、第2の案内軸35に
沿って移動される第2のスライダ47と、この第2のス
ライダ47に固定される第2の測定器49を備えてい
る。 【0030】なお、この実施形態では、第1および第2
の測定器45,49には、非接触レーザ変位計が使用さ
れる。上述した測定装置では、被測定物37の厚みおよ
び表面形状の測定が以下述べるようにして行われる。先
ず、第1の案内軸33に沿って移動する第1の計測手段
39の真直度が測定され、図2に示すように、基準直線
51に対する偏差ΔLxがそれぞれの軸長方向位置にお
いて求められ所定の真直度データが得られる。 【0031】なお、第1の計測手段39の真直度の測定
は、装置が設置された時点において高精度に行われる。
また、図2において、曲線Aは第1の計測手段39の運
動線を、曲線Bは第2の計測手段41の運動線を示して
いる。この真直度の測定は、例えば、図3に示すよう
に、被測定物37の配置位置に、ガラス製の真直マスタ
53を、治具等を用いてセットし、第1の案内軸33に
沿って第1のスライダ43を移動し、第1の測定器45
により、真直マスタ53との間隔を連続的に精密測定す
ることにより行われる。 【0032】そして、この測定データを基にして基準直
線51が決定され、基準直線51に対する偏差ΔLxが
それぞれの軸長方向位置において求められ所定の真直度
データが生成される。なお、基準直線51は、例えば、
最小二乗法を使用して、偏差ΔLxの総和が最も小さく
なるように設定される。 【0033】また、この実施形態では、基準直線51に
対して真直マスタ53側に第1の測定器45が変位して
いる場合の偏差ΔLxが正(+)とされ、反対側に変位
している場合の偏差ΔLxが負(−)とされる。次に、
第1および第2の計測手段39,41を、第1および第
2の案内軸33,35に沿って同期して移動することに
より、第1の計測手段39と第2の計測手段41との相
対距離Sxが連続的に測定され軸長方向の相対距離デー
タが得られる。 【0034】この測定は、例えば、図4に示すように、
第2の計測手段41の第2の測定器49の前面に、ブロ
ックゲージ等の基準ゲージ55を装着し、第1のスライ
ダ43と第2のスライダ47とを同期して、すなわち、
第1の測定器45の中心と第2の測定器49の中心との
軸長方向x位置が常に同じ位置になるようにして移動さ
せながら、第1の計測手段39の第1の測定器45によ
り基準ゲージ55までの間隔を連続的に測定し、測定さ
れた値から基準ゲージ55の厚みを減算することにより
行われる。 【0035】なお、この測定は、装置が設置された時点
において行われ、また、被測定物37の測定作業の前に
必要に応じて行われ、最新の値にデータが更新される。
次に、図1に示したように、測定すべき被測定物37
が、第1の計測手段39と第2の計測手段41との間に
支持され、被測定物37の厚みが測定される。この測定
は、第1および第2の計測手段39,41の第1および
第2のスライダ47を、第1および第2の案内軸33,
35に沿って移動し、被測定物37の一面37aおよび
他面37bまでの距離L1x,L2xを、第1および第
2の測定器45,49により連続的に測定することによ
り行われる。 【0036】そして、図2に示したように、それぞれの
軸長方向位置において、予め求められた相対距離データ
の対応する相対距離Sxから、被測定物37の一面37
aおよび他面37bまでの対応する距離L1x,L2x
を減算することにより被測定物37の厚みTxが求めら
れる。さらに、それぞれの軸長方向位置において、被測
定物37の一面37aまでの対応する距離L1xに、予
め求めてある真直度データの対応する偏差ΔLxを加算
することにより被測定物37の一面37aの表面形状が
求められる。 【0037】すなわち、これにより、基準直線51から
被測定物37の一面37aまでの距離が連続して精密に
求められ、この値が被測定物37の一面37aの表面形
状に対応する値となっている。また、この一面37aの
表面形状に被測定物37の厚みTxを加算することによ
り被測定物37の他面37bの表面形状が得られる。 【0038】上述した厚み測定方法では、それぞれの軸
長方向位置において、相対距離データの対応する相対距
離Sxから、被測定物37の一面37aおよび他面37
bまでの対応する距離L1x,L2xを減算することに
より被測定物37の厚みTxが測定されるため、真直度
および平行度を別途求めることなく、被測定物37の厚
みTxを容易,確実に高い精度で測定することができ
る。 【0039】また、上述した厚み測定方法では、第1の
計測手段39と第2の計測手段41との相対距離Sxの
連続的な測定を、第2の計測手段41に基準ゲージ55
を装着し、第1の計測手段39により基準ゲージ55ま
での間隔を連続的に測定することにより行うようにした
ので、第1の計測手段39と第2の計測手段41との相
対距離Sxを容易,確実に高い精度で測定することがで
きる。 【0040】さらに、上述した厚み測定方法では、被測
定物37であるシリコンウェーハの厚みTxを、容易,
確実に高い精度で測定することができる。また、上述し
た表面形状測定方法では、それぞれの軸長方向位置にお
いて、被測定物37の一面37aまでの対応する距離L
1x,L2xに、真直度データの対応する偏差ΔLxを
加算することにより被測定物37の一面37aの表面形
状が求められ、また、この一面37aの表面形状に被測
定物37の厚みTxを加算することにより被測定物37
の他面37bの表面形状が得られるため、被測定物37
の表面形状を容易,確実に高い精度で測定することがで
きる。 【0041】なお、上述した実施形態では、本発明をシ
リコンウェーハからなる被測定物37の測定に適用した
例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定
されるものではなく、例えば、液晶用ガラス,マスク部
材等の厚みおよび表面形状の測定に広く用いることがで
きる。 【0042】また、上述した実施形態では、第1の案内
軸33と第2の案内軸35とを水平面内において平行に
配置した例について説明したが、本発明はかかる実施形
態に限定されるものではなく、例えば、垂直面内におい
て平行に配置するようにしても良い。さらに、上述した
実施形態では、第1の測定器45および第2の測定器4
9に非接触レーザ変位計を使用した例について説明した
が、本発明はかかる実施形態に限定されるものではな
く、例えば、静電容量型変位計等の変位計を使用するこ
とができる。 【0043】 【0044】 【0045】【発明の効果】 以上述べたように、請求項1 の表面形状
測定方法では、それぞれの軸長方向位置において、被測
定物の一面までの対応する距離に、真直度データの対応
する偏差ΔLxを加算することにより被測定物の一面の
表面形状が求められ、また、この一面の表面形状に被測
定物の厚みを加算することにより被測定物の他面の表面
形状が得られるため、被測定物の表面形状を容易,確実
に高い精度で測定することができる。
定装置を概略的に示す説明図である。 【図2】本発明の測定方法の一実施形態を概念的に示す
説明図である。 【図3】第1の計測手段の真直度を測定している状態を
示す説明図である。 【図4】第1の計測手段と第2の計測手段との相対距離
を測定している状態を示す説明図である。 【図5】従来の薄板の表面形状測定装置を示す説明図で
ある。 【図6】従来の薄板の表面形状測定装置による測定例を
示す説明図である。 【図7】従来の薄板の表面形状測定装置の二股状の保持
部材を示す説明図である。 【図8】本出願人が先に出願した表面形状測定装置を示
す斜視図である。 【図9】図8の測定装置の平行度の測定方法を示す説明
図である。 【符号の説明】 33 第1の案内軸 35 第2の案内軸 37 被測定物 37a 一面 37b 他面 39 第1の計測手段 41 第2の計測手段 51 基準直線 55 基準ゲージ Sx 相対距離 ΔLx 偏差 Tx 厚み
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 第1の案内軸と第2の案内軸とを略平行
に配置し、前記第1および第2の案内軸に沿って移動す
る第1および第2の計測手段により、前記第1および第
2の計測手段の間に配置される被測定物の一面および他
面までの距離を連続的に測定し、前記被測定物の一面お
よび他面の表面形状を得るための表面形状測定方法にお
いて、 予め、前記第1の案内軸に沿って移動する第1の計測手
段の真直度を測定し、基準直線に対する偏差をそれぞれ
の軸長方向位置において求め真直度データを得るととも
に、前記第1および第2の計測手段を、前記第1および
第2の案内軸に沿って同期して移動することにより、前
記第1の計測手段と第2の計測手段との相対距離を連続
的に測定し軸長方向の相対距離データを得た後、前記第
1および第2の計測手段を前記第1および第2の案内軸
に沿って移動し、前記被測定物の一面および他面までの
距離を連続的に測定し、それぞれの軸長方向位置におい
て、前記相対距離データの対応する相対距離から、前記
被測定物の一面および他面までの対応する距離を減算す
ることにより前記被測定物の厚みを得、さらに、それぞ
れの軸長方向位置において、前記被測定物の一面までの
対応する距離に、前記真直度データの対応する偏差を加
算することにより前記被測定物の一面の表面形状を得、
この一面の表面形状に前記被測定物の厚みを加算するこ
とにより被測定物の他面の表面形状を得ることを特徴と
する表面形状測定方法。
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JP09655699A JP3404318B2 (ja) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | 表面形状測定方法 |
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