(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体や液晶ディスプレイの製造分野で使用される、基板上の突起、異物等の高さを測定するために基板表面を走査して触針により測定する測定器において、当該測定針の先端形状は、走査方向に直交する平坦な直線部分を有し、且つ、走査方向に直交する円筒形の一部分から構成された形状で、測定針の先端部の稜線の部分は曲面を形成するように構成されていることを特徴とする突起、異物等の高さ測定器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体や液晶ディスプレイの製造の分野で、部材表面の突起や異物等の高さを測定するために使用される測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体、液晶ディスプレイ関連の産業では使用される部材表面上の突起、異物等により、製品の品質が左右されるため、部材表面上の突起、異物等の高さを測定することが頻繁に行われている。
これらの高さを測定する方法としては、表面の突起、異物等の凹凸部にレーザーをあて、焦点のあう位置をレンズの位置などに置き換えて測定するレーザー共焦点法、顕微鏡のステージを上下させて、焦点の合う位置をマイクロメーター等で測定する深度計法、基板表面を測定針で走査して物理的な凹凸をピエゾ素子で弾圧に変換して高さを測定する触針法の３種類が多く用いられている。
【０００３】
このうち、共焦点法法に関しては使用するレーザーが赤色の単色光であるために、異物の乗っている表面に色がついたり、異物自体に色がついている場合にその色によって突起の高さに誤差を生じてしまう。従って、カラーフィルター等のように対象物が着色されている物の測定には適切ではない。
また、深度計法に関しては基本的に顕微鏡を覗いて高さを測定するオペレータが必要であるため、自動化には向かない。この結果、突起の高さを正確に自動で測定するには触針法が広い範囲で使用されている。
【０００４】
触針法は、連続的に変化する高さを針の移動距離に応じてプロットするのに適しており、従来から図７（Ａ）に示すような凹凸の形状を、図７（Ｂ）のようなチャートに表現するのに適した手段である。しかし、従来のこのような高さ測定器は、一定の直線上の連続的な高さ変化を測定するには適しているが、試料中の特定個所について幾らの高さがあるかを求めるのは困難な場合が多かった。
そこで、そのような場合、従来の触針法では基板上の突起、異物の位置を、反射光の散乱などを利用して位置を特定しておき、ステージの移動もしくは測定針の移動によって突起、異物を触針用の針のほぼ直下付近に移動させ、異物周辺を縦横に走査することによってその範囲で一番高さの高い点を割り出し、その値と周囲の高さの値から突起の高さを決定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図６は、触針法による高さ測定器の概要を示す図である。
高さや粗さ測定用の測定針１１は、上下動する測定ユニット１０に取り付けられており、測定の際には、ステージ１３上の試料基板１２表面まで下降する。試料上の規準点に対して高さ０を設定した後、ステージ１３を前後左右に移動させて、移動距離に伴う高さや粗さの変化をチャートに記録する。測定試料は、ノブ１４，１５によりステージの水平面が調整されることにより水平精度が維持するようにされている。また、レバー１６はステージの移動を停止・解除するためのレバーである。
【０００６】
このような高さや粗さ測定器は、連続的な高さ等を測定するのには適しているが、試料基板上にある微小な特定個所がどの程度の高さを有するかを測定するのには、測定針の先端が非常に微細であるため不便な場合がある。上述の半導体や液晶ディスプレイ関連の産業では、平面的な部材の特定個所に生じた突起、異物等の高さを測定することにより、良否の判断をする場合が多く、このような測定器では効率的な測定をすることが困難であった。
【０００７】
図５は、従来の高さ測定器による測定方法を示す図である。この方法で特定箇所の高さを測定する場合、試料基板４１上に、突起、異物を発見してから触針用の測定針の先端部４３の下に当該突起、異物４２を持ってくるためには、針の軌跡４４が示すように、突起、異物の最高の高さ部分を探すために５回から２０回程度、突起、異物の周囲をスキャンする必要があり、１箇所の異物の測定にかなりの時間がかかっていた。これは、使用する測定針の形状が先端に一定の曲率半径（ｒ）をもった微細な円錐状であることによっている。
通常、触針用の針には先端部の曲率半径が、２〜３００μｍ程度であるダイヤモンド針が使用されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために研究の結果、完成するに至ったもので、触針用の測定針の先端形状を円筒形の一部分または走査方向に直交する平坦な直線部分を有する形状とすることにより、突起や異物が、当該測定針の円筒形の筒部分に垂直にスキャンされることにより、一回の走査で、突起、異物の最高部の高さを測定可能とするものである。
かかる触針用の測定針の先端形状はほぼ円筒形の一部分とすることが好ましいが、針が若干傾いて表面に接触したときに測定試料に傷がつかないように測定針の両端稜線部分の角をとって曲率をもたせることがなお望ましい。
【０００９】
すなわち、本発明の突起、異物等の高さ測定器の態様は、半導体や液晶ディスプレイの製造分野で使用される、基板上の突起、異物等の高さを測定するために基板表面を走査して触針により測定する測定器において、当該測定針の先端形状は、走査方向に直交する平坦な直線部分を有し、且つ、走査方向に直交する円筒形の一部分から構成された形状で、測定針の先端部の稜線の部分は曲面を形成するように構成されていることを特徴とする突起、異物等の高さ測定器、にある。
【００１０】
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、測定器の触針用の測定針の参考実施形態を示す図である。
図１において、測定針１の先端部２はその右側の円内の拡大図に図示されるように、針の走査方向に対して、一定の幅Ｗを有している。
この幅は、突起、異物等の平均的な幅を超えるものであることが望ましいが、極端にＷを大きくする場合には、試料基板に与える損傷等の問題が生じることになる。
測定針の測定試料面と接する部分は理論的には平坦な直線を形成するようにされていることが必要である。
また、測定針の先端部は、走査方向の垂直方向に半径Ｒの曲率を有している。
図１において一定の曲率を有する角度θの範囲内においては、曲率半径Ｒとにより、扇状の形を形成し、この扇状の形状は、Ｗ方向に伸びて円筒形の一部分の形状を構成している。
【００１２】
図２は、本発明の測定器の触針用の測定針の実施形態を示す図である。
図２において、測定針１の先端部２はその右側の円内の拡大図に図示されるように、針の走査方向に対して、一定の幅Ｗを有しているとともに、測定針の先端部の稜線３の部分は僅かな曲面を形成するように構成されている。
また、測定針の先端部は半径Ｒの曲率を有している。
このように稜線を曲面とすることにより試料に損傷を与えることを少なくすることができる。
なお、図２では、このような曲面の表現が困難であるため針の稜線の一部のみを曲面に表現しているが、このような曲面は針の先端付近の全ての稜線に形成されていることになる。
このような測定針の材質はダイヤモンドであることが望ましいが、特に耐久性を必要としない場合には、ステンレス、タングステン等の硬質の金属であってもよい。
【００１３】
図３は、従来の高さ測定器の触針用の測定針の形態を示す図である。
図３において、測定針１の先端部２はその右側の円内の拡大図に図示されるように、円錐状に構成され、測定針の先端部は半径ｒの曲率を有している。
【００１４】
図４は、本発明の高さ測定器による測定方法を示す図である。
本発明の測定器の測定針の先端部３３は、微小な突起、異物３２の幅よりも大きい一定の幅Ｗを持っているため、突起、異物の目標位置が定まれば、容易にその走査位置の前方に位置させることができ、一回の走査で目標物の高さｈを測定することができる。これに対し、従来の高さ測定器では、図５に示すような試行錯誤的な走査が必要になり、前記のように正確な高さ測定値を求めるためには多数回の走査が必要になり、測定に時間がかかっていた。
【００１５】
【実施例】
〔実施例〕
液晶ディスプレイ用のカラーフィルター上の突起、異物の高さを測定し、製品の良否を判定するため、テンコール社製「αｓｔｅｐ」に試作の測定針をセットして測定を行った。測定の対象としてはカラーフィルター製造工程中に巻き込まれた異物が、カラーフィルター内に埋め込まれてしまったもので、カラーフィルター面から１０．０μｍ飛び出しているものを試料として使用した。
測定には測定針の先端が、曲率半径２５０μｍの円筒形の一部分をもった図１の形状とその稜線を僅かに曲面とした図２の形状の測定針を用いて高さの測定を行った。測定針の材質にはステンレスを使用した。測定針の先端の基板上に接している平坦な直線部分の幅Ｗを、２００μｍとしたため、走査は図４のようにいずれの測定針も１回行えば良く、走査速度１００μｍ／ｓｅｃの条件で表面をスキャンし、測定時間５秒で異物の最高点の高さを測定することができた。測定後、基板上には傷などは確認できなかった。
但し、基板もしくは測定針が傾いて接触すると図１の測定針では基板に若干の傷が付くことが認められた。このことを考慮して測定針の両端の稜線にも曲率を持たせた図２の実施形態のものが、傷がつき難かった。
【００１６】
〔比較例〕
比較例で使用したサンプルと同一試料のカラーフィルター基板を使用して、テンコール社製の「αｓｔｅｐ」を用いて測定した。
試料のカラーフィルター基板を測定器のステージ上に載置し、通常の場合の測定条件として、先端部の曲率半径ｒが２５０μｍの円錐形の測定針を使用し、針荷重１５０ｍｇ、走査速度１００μｍ／ｓｅｃの条件で表面をスキャンした。
位置出しの精度を高めるため異物を中心に、図５のように５００μｍ×２００μｍの範囲を１０μｍ間隔で合計２１回走査しないと、確実に異物の一番高い点を測定することができなかった。そのため、測定には合計１１０秒が必要であった。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の測定器では、触針用の測定針の先端部が、走査方向に直交する一定の幅Ｗを有しているので、特定の測定位置における高さの絶対値を速やかに求めるのに適している。
産業面では、試料上の連続的な高さ変化を測定することを目的とする他に、試料中の特定の一か所の高さの絶対値を迅速に求め、これを自動化して測定する要請が強い、本発明はこのような産業上の要請に適切に対応することができるものとして意義が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】測定器の触針用の測定針の参考実施形態を示す図である。
【図２】本発明の測定器の触針用の測定針の他の実施形態を示す図である。
【図３】従来の高さ測定器の触針用の測定針の形態を示す図である。
【図４】本発明の高さ測定器による測定方法を示す図である。
【図５】従来の高さ測定器による測定方法を示す図である。
【図６】触針法による高さ測定器の概要を示す図である。
【図７】従来の測定器による高さの測定例を示す図である。
【符号の説明】
１  測定針
２  測定針の先端部
３  測定針の先端部の稜線
１０  測定ユニット
１１  測定針
１２  試料基板
１３  ステージ
１４，１５  ノブ
１６  レバー
３１，４１  試料基板
３２，４２  突起、異物
３３  本発明の測定器の測定針の先端部
４３  従来の測定器の測定針の先端部
４４  測定時の針の軌跡
Ｒ，ｒ  曲率半径
Ｗ  測定針の先端部の幅
ｈ  突起、異物等の高さ
【図１】
0003615330.tif 000002
【図２】
0003615330.tif 000003
【図３】
0003615330.tif 000004
【図４】
0003615330.tif 000005
【図５】
0003615330.tif 000006
【図６】
0003615330.tif 000007
【図７】
0003615330.tif 000008