(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置する被測定物ステージ及びプローブユニットを設けたＸ，Ｙステージを、互いに直交するＸ，Ｙ軸を含む定盤上に設置し、上記Ｘ，Ｙステージの移動により上記プローブユニットをＸ，Ｙ軸方向に移動して上記プローブユニットにて上記被測定物の被測定面の平面度を測定する平面度測定装置であって、
上記プローブユニットは、
上記被測定物が、互いに隣接して配置される突起部材の先端にて半導体ウエハを支持する半導体ウエハ支持用部材であり、上記被測定面が上記突起部材先端に接する面であるとき、上記Ｘ，Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能であり一端には少なくとも２つの上記突起部材の先端に接触する平面であってその平面度が１μｍ以下である平面を有する平面プローブと、
上記平面プローブを支持し上記Ｚ方向へ自由に移動可能でありその質量が１ｇ以下であるスライダと、
上記スライダを支持するスライダ支持部材のたわみ量を検出し検出したたわみ量が一定になるように上記Ｚ軸方向への上記スライダの移動制御をして上記平面プローブにおける測定圧力を２００ｍｇ以下の一定圧力に設定するフィードバック装置と、
上記平面プローブの上記Ｚ方向への移動量を０．１μｍ以下の分解能で測定する第１測長装置と、
上記第１測長装置及び上記Ｘ，Ｙステージの動作制御を行うとともに、上記半導体ウエハ支持用部材のＸ，Ｙ軸方向への移動による上記平面プローブの上記突起部材先端に接する面の走査により上記突起部材先端に接する面のＺ軸方向における凹凸を測定し平面度を演算する制御装置と、を備え、
上記被測定物ステージは、上記被測定物である上記半導体ウエハ支持用部材を上記Ｘ軸若しくは上記Ｙ軸、又は上記Ｘ軸及び上記Ｙ軸の軸回り方向に回転させるあおり調整機構を備えたことを特徴とする平面度測定装置。
【請求項２】
上記第１測長装置は、上記平面プローブの他端に設けた反射ミラーにレーザ光を反射させることで測長を行うレーザ干渉測長装置にて構成される、請求項１記載の平面度測定装置。
【請求項３】
上記プローブユニットの上記Ｚ軸方向への移動における基準を定めるため上記平面プローブの移動方向であるＺ軸方向に直交する方向に沿って平面となるように上記定盤に設けられ、上記平面が１μｍ以下の平面度にてなる基準部材と、
当該プローブユニットと上記基準部材との間の距離を０．１μｍ以下の分解能で測定する第２測長装置と、を上記プローブユニットはさらに備え、
上記制御装置は、さらに、上記第１測長装置及び上記第２測長装置から供給される測長情報に基づき上記突起部材先端に接する面のＺ軸方向における平面度を演算し、かつ上記平面プローブのＸ，Ｙ軸方向における位置を演算する、請求項１又は２記載の平面度測定装置。
【請求項４】
上記第２測長装置は、上記基準部材をミラーとして該基準ミラーに対してレーザ光を反射させることで測長を行うレーザ干渉測長装置にて構成される、請求項３記載の平面度測定装置。
【請求項５】
被測定物を載置する被測定物ステージ及びプローブユニットを設けたＸ，Ｙステージを、互いに直交するＸ，Ｙ軸を含む定盤上に設置し、上記Ｘ，Ｙステージの移動により上記プローブユニットをＸ，Ｙ軸方向に移動して上記プローブユニットにて上記被測定物の被測定面の平面度を測定する平面度測定装置であって、
上記プローブユニットは、
上記被測定物が、互いに隣接して配置される突起部材の先端にて半導体ウエハを支持する半導体ウエハ支持用部材であり、上記被測定面が上記突起部材先端に接する面であるとき、上記Ｘ，Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能であり一端には少なくとも２つの上記突起部材の先端に接触する平面であってその平面度が１μｍ以下である平面を有する平面プローブと、
上記平面プローブを支持し上記Ｚ方向へ自由に移動可能でありその質量が１ｇ以下であるスライダと、
上記スライダを支持するスライダ支持部材のたわみ量を検出し検出したたわみ量が一定になるように上記Ｚ軸方向への上記スライダの移動制御をして上記平面プローブにおける測定圧力を２００ｍｇ以下の一定圧力に設定するフィードバック装置と、
上記平面プローブの上記Ｚ方向への移動量を０．１μｍ以下の分解能で測定する第１測長装置と、
上記第１測長装置及び上記Ｘ，Ｙステージの動作制御を行うとともに、上記半導体ウエハ支持用部材のＸ，Ｙ軸方向への移動による上記平面プローブの上記突起部材先端に接する面の走査により上記突起部材先端に接する面のＺ軸方向における凹凸を測定し平面度を演算する制御装置と、を備え、
上記被測定物ステージは、上記被測定物である上記半導体ウエハ支持用部材を上記Ｘ軸若しくは上記Ｙ軸、又は上記Ｘ軸及び上記Ｙ軸の軸回り方向に回転させるあおり調整機構を備え、
さらに、上記プローブユニットは、上記半導体ウエハ支持用部材にて支持される半導体ウエハの表面を走査するため上記半導体ウエハの表面に一端が接触しＺ軸方向に移動可能であり、かつ上記平面プローブと交換可能な球状プローブを有し、
上記半導体ウエハ支持用部材には、当該半導体ウエハ支持用部材に載置される半導体ウエハと上記突起部材の先端とを密着させるための密着装置を備え、
上記第１測長装置は、上記平面プローブと交換された上記球状プローブによる上記半導体ウエハ表面の走査における上記球状プローブの上記Ｚ方向への移動量を０．１μｍ以下の分解能で測定し、
上記制御装置は、さらに、上記半導体ウエハの表面を上記球状プローブにて測定して得られた平面度と、上記半導体ウエハ支持用部材の上記突起部材先端に接する面を上記平面プローブにて測定して得られた平面度とに基づき、上記半導体ウエハ表面のみの平面度を演算する、
ことを特徴とする平面度測定装置。
【請求項６】
上記プローブユニットの上記Ｚ軸方向への移動における基準を定めるため上記平面プローブ及び上記球状プローブの移動方向であるＺ軸方向に直交する方向に沿って平面となるように上記定盤に設けられ、上記平面が１μｍ以下の平面度にてなる基準部材と、
当該プローブユニットと上記基準部材との間の距離を０．１μｍ以下の分解能で測定する第２測長装置と、を上記プローブユニットはさらに備え、
上記制御装置は、さらに、上記第１測長装置及び上記第２測長装置から供給される測長情報に基づき上記突起部材先端に接する面及び上記半導体ウエハ表面のＺ軸方向における平面度を演算し、かつ上記平面プローブ及び上記球状プローブのＸ，Ｙ軸方向における位置を演算する、請求項５記載の平面度測定装置。
【請求項７】
上記第１測長装置は、上記平面プローブ及び上記球状プローブの他端に設けた反射ミラーにレーザ光を反射させることで測長を行うレーザ干渉測長装置にて構成され、上記第２測長装置は、上記基準部材をミラーとして該基準ミラーに対してレーザ光を反射させることで測長を行うレーザ干渉測長装置にて構成される、請求項６記載の平面度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体及び半導体ウエハーの製造工程に使用される、ウエハーチャックと呼ばれる半導体ウエハ支持用部材及び該半導体ウエハ支持用部材に支持される半導体ウエハの平面度を測定する平面度測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ウエハー平面度測定方法は電子材料、１９９７年２月号、Ｐ３３に記載されたものが知られている。図９に従来のウエハー平面度測定装置の構造が示されている。ウエハー１からの平行な反射光はレンズ３によりピンホール４を通過するように絞られ、ピンホール４を通過した反射光はレンズ５によりＣＣＤカメラ６上に結像される。詳しく説明すると、ウエハー１にて反射した光は、ウエハー１の表面のうねりにより反射角度が変化し、レンズ３とピンホール４とによって、上記うねりの角度に比例してピンホール４を通過する光量が低下する。このピンホール４の通過光量をＣＣＤカメラ６により測定し、光量分布を求めることによりウエハー１のうねりを測定し、計算によりウエハー１の平面度を測定する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示すようにウエハー１はウエハーチャック２によりウエハー１の裏面側で支持されており、該ウエハーチャック２は、ウエハー１の表面上に約ｌｍｍピッチで格子状に配列され立設される直径約０．２ｍｍのピン２ａを有する。ウエハー１は上記ピン２ａにて支持されることから、それぞれのピン２ａの高さの精度がウエハー１の平面度測定にも影響する。このように上述した従来の測定方式では、ウエハー１の表面の平面度の精度は、ウエハーチャック２のピン２ａの高さの精度に依存することになる。ところが、ウエハー１の平面度は、ＣＣＤカメラ６における隣り合う画素間の光量の差に基づき計測していることから、ウエハーチャック２のピン２ａの高さ精度を直接に測定することはできない。
したがって、従来においては、基準となるウエハーの平面度に対する被測定ウエハー１の平面度の差を測定するに止まっており、サブミクロン以下の高精度にてウエハー１の平面度を絶対的に測定することは不可能であった。さらに、従来の測定方法では、上述のように光量の変化を検出してウエハー１のうねりとして測定しているので、ウエハー１の表面において光の反射率の分布を有するような場合には、正確な測定が行えない。
又、従来、半導体のパターンをウエハー上に露光にて形成するステッバーにおいても、ウエハーチャック２の単体における平面度の測定は不可能であった。近年、半導体パターンの微細化により、露光工程においては露光装置の焦点深度が０．３５μｍ以下となり、この露光工程を実現するためには、ウエハー１単体と、露光装置においてウエハー１を固定するウエハーチャック２が上記０．３５μｍ以下の高い平面度で仕上がっている必要がある。このためには、ステッパの露光領域の約２０ｍｍ平方の領域に対する、ウエハーチャック２及びウエハー１におけるの平面度を上記０．３５μｍ以下の精度で測定する必要がある。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、半導体ウエハ支持用部材及び半導体ウエハ自体に傷をつけることなく、かつ従来より高精度にて測定可能な、半導体ウエハ支持用部材及び半導体ウエハの平面度測定装置、並びに測定方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１態様の平面度測定装置は、被測定物を載置する被測定物ステージ及びプローブユニットを設けたＸ，Ｙステージを、互いに直交するＸ，Ｙ軸を含む定盤上に設置し、上記Ｘ，Ｙステージの移動により上記プローブユニットをＸ，Ｙ軸方向に移動して上記プローブユニットにて上記被測定物の被測定面の平面度を測定する平面度測定装置であって、
上記プローブユニットは、
上記被測定物が、互いに隣接して配置される突起部材の先端にて半導体ウエハを支持する半導体ウエハ支持用部材であり、上記被測定面が上記突起部材先端に接する面であるとき、上記Ｘ，Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能であり一端には少なくとも２つの上記突起部材の先端に接触する平面であってその平面度が１μｍ以下である平面を有する平面プローブと、
上記平面プローブを支持し上記Ｚ方向へ自由に移動可能でありその質量が１ｇ以下であるスライダと、
上記スライダを支持するスライダ支持部材のたわみ量を検出し検出したたわみ量が一定になるように上記Ｚ軸方向への上記スライダの移動制御をして上記平面プローブにおける測定圧力を２００ｍｇ以下の一定圧力に設定するフィードバック装置と、
上記平面プローブの上記Ｚ方向への移動量を０．１μｍ以下の分解能で測定する第１測長装置と、
上記第１測長装置及び上記Ｘ，Ｙステージの動作制御を行うとともに、上記半導体ウエハ支持用部材のＸ，Ｙ軸方向への移動による上記平面プローブの上記突起部材先端に接する面の走査により上記突起部材先端に接する面のＺ軸方向における凹凸を測定し平面度を演算する制御装置と、を備え、
上記被測定物ステージは、上記被測定物である上記半導体ウエハ支持用部材を上記Ｘ軸若しくは上記Ｙ軸、又は上記Ｘ軸及び上記Ｙ軸の軸回り方向に回転させるあおり調整機構を備えたことを特徴とする。
【０００５】
又、本発明の第２態様の平面度測定装置は、被測定物を載置する被測定物ステージ及びプローブユニットを設けたＸ，Ｙステージを、互いに直交するＸ，Ｙ軸を含む定盤上に設置し、上記Ｘ，Ｙステージの移動により上記プローブユニットをＸ，Ｙ軸方向に移動して上記プローブユニットにて上記被測定物の被測定面の平面度を測定する平面度測定装置であって、
上記プローブユニットは、
上記被測定物が、互いに隣接して配置される突起部材の先端にて半導体ウエハを支持する半導体ウエハ支持用部材であり、上記被測定面が上記突起部材先端に接する面であるとき、上記Ｘ，Ｙ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能であり一端には少なくとも２つの上記突起部材の先端に接触する平面であってその平面度が１μｍ以下である平面を有する平面プローブと、
上記平面プローブを支持し上記Ｚ方向へ自由に移動可能でありその質量が１ｇ以下であるスライダと、
上記スライダを支持するスライダ支持部材のたわみ量を検出し検出したたわみ量が一定になるように上記Ｚ軸方向への上記スライダの移動制御をして上記平面プローブにおける測定圧力を２００ｍｇ以下の一定圧力に設定するフィードバック装置と、
上記平面プローブの上記Ｚ方向への移動量を０．１μｍ以下の分解能で測定する第１測長装置と、
上記第１測長装置及び上記Ｘ，Ｙステージの動作制御を行うとともに、上記半導体ウエハ支持用部材のＸ，Ｙ軸方向への移動による上記平面プローブの上記突起部材先端に接する面の走査により上記突起部材先端に接する面のＺ軸方向における凹凸を測定し平面度を演算する制御装置と、を備え、
上記被測定物ステージは、上記被測定物である上記半導体ウエハ支持用部材を上記Ｘ軸若しくは上記Ｙ軸、又は上記Ｘ軸及び上記Ｙ軸の軸回り方向に回転させるあおり調整機構を備え、
さらに、上記プローブユニットは、上記半導体ウエハ支持用部材にて支持される半導体ウエハの表面を走査するため上記半導体ウエハの表面に一端が接触しＺ軸方向に移動可能であり、かつ上記平面プローブと交換可能な球状プローブを有し、
上記半導体ウエハ支持用部材には、当該半導体ウエハ支持用部材に載置される半導体ウエハと上記突起部材の先端とを密着させるための密着装置を備え、
上記第１測長装置は、上記平面プローブと交換された上記球状プローブによる上記半導体ウエハ表面の走査における上記球状プローブの上記Ｚ方向への移動量を０．１μｍ以下の分解能で測定し、
上記制御装置は、さらに、上記半導体ウエハの表面を上記球状プローブにて測定して得られた平面度と、上記半導体ウエハ支持用部材の上記突起部材先端に接する面を上記平面プローブにて測定して得られた平面度とに基づき、上記半導体ウエハ表面のみの平面度を演算する、
ことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態である、半導体ウエハ支持用部材及び該支持用部材に支持される半導体ウエハの平面度測定装置について、図を参照しながら以下に説明する。尚、各図において、同じ構成部分については同じ符号を付している。
又、上記「課題を解決するための手段」に記載した、密着装置の機能を果たす一例として、本実施形態では吸引装置を例に採る。
又、本明細書において「平面度」とは、図７に示すように、例えば半導体ウエハ１４１の所定範囲におけるその表面のうねりの高さＸをいう。尚、上記所定範囲は、例えば半導体ウエハの全体の、例えばφ２００〜３００ｍｍであったり、ステッパの露光領域の約２０ｍｍ平方である。
【０００７】
図１に示すように、本実施形態の平面度測定装置１００は、大別して、互いに直交するＸ，Ｙ軸を含む定盤１１０と、該定盤１１０上に設置される、被測定物を載置する被測定物ステージ１２０と、上記定盤１１０上に設置されるＸ，Ｙステージ１２５と、該Ｘ，Ｙステージ上に設置されるプローブユニット１３０と、上記Ｘ，Ｙ軸に直交するＺ軸方向において上記プローブユニット１３０の上方にて、上記定盤１１０上に立設したフレーム１１１に取り付けられた基準部材１２８とを備える。
【０００８】
被測定物ステージ１２０上には、上記被測定物として、ウエハチャックと呼ばれる半導体ウエハ支持用部材１２１、又は図２に示すように該半導体ウエハ支持用部材１２１上に吸着される半導体ウエハ１４１が設置される。半導体ウエハ支持用部材１２１は、図３に示すように半導体ウエハに対応して円形の平面形状にてなり表面１２１ａには、半導体ウエハ１４１の裏面へのゴミの付着を低減するため、寸法Ｉのピッチにて、直径ＩＩのピン状の突起部材１２２が格子状に配列、立設されている。本実施形態では上記寸法Ｉは約１ｍｍ、上記直径ＩＩは約０．２ｍｍである。又、半導体ウエハ支持用部材１２１には、吸引装置１６１が接続される。よって半導体ウエハ支持用部材１２１に載置される半導体ウエハ１４１は、それぞれの突起部材１２２間のすき間を介しての吸引によりそれぞれの突起部材１２２の先端部に密着して支持される。尚、後述するように、被測定物が半導体ウエハ支持用部材１２１のときには、例えば上記表面１２１ａからのそれぞれの突起部材１２２の高さ寸法を測定することで、それぞれの突起部材１２２の各先端部に接する面（以下、「包絡面」という）の平面度を演算する。一方、被測定物が半導体ウエハ１４１のときには、半導体ウエハ支持用部材１２１上に載置した半導体ウエハ１４１の表面１４１ａの凹凸を測定し上記表面１４１ａの平面度を演算する。
【０００９】
本実施形態の場合、被測定物ステージ１２０は、あおり機構１２３を有する。あおり機構１２３は、被測定物ステージ１２０上に載置された上記被測定物を、上記Ｘ軸の軸回りについてα方向への回転、及び上記Ｙ軸の軸回りについてβ方向への回転を調整ネジにて行うものであり、後述の平面プローブ１３１の平面１３１１と定盤１２５との平行度を１．５×１０−５ｒａｄ以下の精度にて調整する。
Ｘ，Ｙステージ１２５は、定盤１１０上に直接固定されＹ軸方向に移動可能なＹステージ１２５ａと、該Ｙステージ１２５ａ上に設置されＹステージ１２５ａ上をＸ軸方向に移動可能なＸステージ１２５ｂとを有する。尚、Ｘ，Ｙステージ１２５の移動は、ＮＣコントローラにて駆動、制御される。
又、基準部材１２８は、Ｘ，Ｙ軸方向の測定点におけるプローブユニット１３０のＺ軸方向の基準を決めるための部材である。このような基準部材１２８は、ガラス等を研磨することにより製作されたミラーにてなり、上記被測定物の半導体ウエハ１４１を含むような面積を有する。尚、上記基準部材１２８は、８インチの半導体ウエハに相当する直径２００ｍｍにて、１μｍ以下の精度にて製作される。
【００１０】
プローブユニット１３０は、平面プローブ１３１又は球状プローブ１４２と、スライダ１３２と、スライダ支持部材１３３と、反射ミラー１３４と、第１測長装置１３５と、フィードバック装置１３６と、第２測長装置１３７と、制御装置１３８とを備える。尚、平面プローブ１３１は、図１に示すように、上記被測定物が半導体ウエハ支持用部材１２１の場合に使用されるプローブであり、球状プローブ１４２は、図２に示すように、上記被測定物が半導体ウエハ１４１の場合について使用されるプローブである。
又、本実施形態では、制御装置１３８には、表示装置１３９が接続されている。
【００１１】
平面プローブ１３１は、図４に示すように一端に平面１３１１を有し、又は、平面プローブ１３１の変形例であり図５に示す平面プローブ１３１０のように平面１３１２を有する。これらの平面１３１１及び平面１３１２は、隣接する上記突起部材１２２間のすき間に当該プローブが落ち込まないように、隣接する少なくとも２つの上記突起部材１２２の先端部に接触可能なように、Ｘ軸及びＹ軸方向における寸法が１ｍｍないし５ｍｍ程度の平面であり、かつ上記突起部材１２２の高さ測定の必要な精度を得るためその平面度が１μｍ以下である。尚、本実施形態では、平面１３１１における寸法ＩＩＩは１〜５ｍｍであり寸法ＩＶは１〜５ｍｍであり、平面１３１２における直径寸法Ｖは１〜５ｍｍである。又、上記平面度を得るため、及び摩耗を防止するために、平面１３１１，１３１２部分は、ガラス等の材質にて構成される。尚、平面プローブには上述の四角形型、丸型に限定されるものではなく、これら以外の形状でも上述と同様の効果が得られる。又、球状プローブ１４２は、図６に示すように直径が１ｍｍにてなる球体１４２ａを有し、該球体１４２ａが半導体ウエハ１４１の表面１４１ａに接触する。尚、球状プローブは、一般的に球状スタイラスと呼ばれる。
又、以下の説明において、特記しない限り平面プローブ１３１を例に採るが、平面プローブ１３１を平面プローブ１３１０又は球状プローブ１４２に読み替えることができる。
【００１２】
スライダ１３２は、Ｘ軸及びＹ軸方向に剛性が高く、Ｚ軸方向に力を受けることなく移動の自由度を有する状態で平面プローブ１３１を支持し、かつ低い測定圧及びＺ軸方向への急な移動にも追随するために、アルミ等の低比重で、かつ直径４ｍｍ程度に小さくすることにより、質量が１ｇ以下、より好ましくは２００ｍｇ以下に製作されたマイクロエアースライダにより構成されている。尚、該マイクロエアースライダ、及びその周辺の構成については、当該出願人によりなされた特許出願（特願平５−５３３８２号）に開示されている構造を同様である。上記マイクロエアースライダ１３２は、図８に示すように、その先端部分に上記平面プローブ１３１が取り付けられ円筒形状であり、エアー供給部１３２１からエアーが供給される供給穴を有するガイド１３２０の内壁をエアースライドとしてＺ方向に滑らかに移動する。
スライダ支持部材１３３は、平面プローブ１３１を支持する上記マイクロエアースライダ１３２を支持し、平面プローブ１３１が低い測定圧で測定可能なように、幅ｌｍｍ程度、厚さ２０μｍ程度でバネ定数が５ｍｇ／μｍ以下程度のステンレス製等のマイクロスプリングにより構成されている。
反射ミラー１３４は、平面プローブ１３１のＺ軸方向における位置の変化を測定するために、平面プローブ１３１の他端に取り付けられたミラーであり、ガラス等の面にアルミ膜を蒸着した直径２ｍｍ程度の反射ミラーにより構成されている。
【００１３】
第１測長装置１３５は、Ｚ方向に移動する平面プローブ１３１の延長線上であって上記反射ミラー１３４との間でレーザ光の投光、受光を行うように設置され、平面プローブ１３１のＺ方向の位置の変化、換言すると反射ミラー１３４のＺ方向の位置の変化を０．１μｍ以下の分解能で測定する、レーザ干渉測長装置により構成されている。
フィードバック装置１３６は、平面プローブ１３１における測定圧力を２００ｍｇ以下のー定圧力に維持するための装置で、スライダ支持部材１３３であるマイクロスプリングの１０ないし４０μｍのたわみ量を検出する検出器１３６ａと、この検出器１３６ａにより検出されたたわみ量がー定になるようにスライダ１３２のＺ軸方向への移動を制御するサーボユニット１３６ｂと、このサーボユニット１３６ｂの指示によりスライダ１３２をＺ軸方向に上下動させるリニアモータ等にて構成されるアクチュエータ１３６ｃとを有する。
【００１４】
第２測長装置１３７は、当該第２測長装置１３７が備わるプローブユニット１３０から、ミラーにてなる上記基準部材１２８までの距離を、０．１μｍ以下の分解能で測定するレーザ干渉測長ユニットにより構成されている。
制御装置１３８には、上述したＸ，Ｙステージ１２５に備わるＮＣコントローラ、第１測長装置１３５、及び第２測長装置１３７が接続される。このような制御装置１３８は、平面プローブ１３１が半導体ウエハ支持用部材１２１の突起部材１２２の先端部を走査するようにＸ，Ｙステージ１２５のＮＣコントローラに対してＸ，Ｙ軸方向への移動を制御し、かつ第１測長装置１３５及び第２測長装置１３７の測長情報に基づき半導体ウエハ支持用部材１２１のＺ軸方向の形状データを測定するとともに測定点におけるＸ，Ｙ軸方向の位置も測定して、これらＺ軸方向の形状データ及びＸ，Ｙ軸方向の位置データを関連づけながら記憶する。さらに、上記Ｚ軸方向の形状データ及びＸ，Ｙ軸方向の位置データに基づき半導体ウエハ支持用部材１２１の突起部材１２２の先端部の上記包絡面における平面度を演算する。
【００１５】
次に、被測定物が、半導体ウエハ支持用部材１２１上に吸着される半導体ウエハ１４１である平面度測定装置１０１の構成を説明する。
平面度測定装置１０１の場合には、上述の平面プローブ１３１に代えて、図６に示す球状プローブ１４２を備えたプローブユニット１０２が使用される。又、上述の制御装置１３８に対応する制御装置１０３は、Ｘ，Ｙ軸方向の同位置について、半導体ウエハ支持用部材１２１の場合と同様にして得られる半導体ウエハ１４１の表面１４１ａにおけるＺ軸方向の形状データと、半導体ウエハ支持用部材１２１におけるＺ軸方向の形状データとの差を演算することで、半導体ウエハ１４１の表面１４１ａのみの形状を演算する。尚、その他の構成は、被測定物が、半導体ウエハ支持用部材１２１の場合の構成と変わるところはないので、説明は省略する。
【００１６】
上述の平面プローブ１３１及び球状プローブ１４２を使用した実施形態では、Ｚ軸方向における測定精度を高めるため、第２測長装置１３７及び基準部材１２８を設けたが、Ｘ，Ｙステージ１２５におけるＸ，Ｙ軸方向への移動にともなうＺ軸方向への変位量が、被測定物の平面度測定に要求される精度よりも小さい場合には、第２測長装置１３７及び基準部材１２８は設けなくてもよい。
【００１７】
以上のように構成される平面度測定装置１００，１０１の動作について以下に説明する。まず、平面度測定装置１００の動作について説明する。
被測定物ステージ１２０上に半導体ウエハ支持用部材１２１が固定され、又、平面プローブ１３１の平面１３１１と定盤１１０の表面との平行度がＸ，Ｙ軸方向のそれぞれについて１．５×１０−５ｒａｄ以下となるように、被測定物ステージ１２０に備わるあおり機構にて調整される。次に、制御装置１３８の制御によりＸ，Ｙステージ１２５のＸ，Ｙ軸方向への移動が制御され、Ｘ，Ｙステージ１２５上に設置されるプローブユニット１３０に備わる平面プローブ１３１にて上記半導体ウエハ支持用部材１２１の突起部材１２２の先端部がＸ，Ｙ軸方向に走査される。尚、この走査の際、フィードバック装置１３６の動作により、スライダ１３２を支えるスライダ支持部材１３３のたわみ量が検出され、該たわみ量が一定になるようにＺ軸方向にスライダ１３２のＺ軸方向の高さを変化させるようにフィードバックし、プローブの測定圧力を２００ｍｇ以下のー定圧力にする。よって平面プローブ１３１における突起部材１２２への測定圧力は２００ｍｇ以下に設定される。このような測定圧力にて測定が行われることから、半導体ウエハ支持用部材１２１の突起部材１２２の先端部が平面プローブ１３１により傷つくことはない。
又、第１測長装置１３５にて反射ミラー１３４までの距離が０．１μｍ以下の精度で、かつ第２測長装置１３７にて基準部材１２８までの距離が０．１μｍ以下の精度で測定される。このような状態にて、平面プローブ１３１と第１測長装置１３５とをー体としてＸ，Ｙ軸方向に移動させ、半導体ウエハ支持用部材１２１の突起部材１２２の先端部の上記包絡面を平面プローブ１３１にてＸ，Ｙ軸方向に走査する。よって上記測定圧力及び上記距離の条件により、約２０ｍｍ平方のステッパにおける露光範囲において、半導体ウエハ支持用部材１２１の突起部材１２２の先端部の上記包絡面における平面度を０．１μｍの精度にて測定することができる。尚、半導体ウエハ支持用部材１２１の全面、及び８インチのウエハ全面については１μｍ以下の測定精度となる。
制御装置１３８は、Ｘ，Ｙ軸方向における座標位置と、該座標位置に対応するＺ軸方向の高さ寸法とを記憶し、最終的に半導体ウエハ支持用部材１２１の突起部材１２２の先端部の上記包絡面における平面度を演算する。
【００１８】
次に平面度測定装置１０１の動作について説明する。
上述の半導体ウエハ支持用部材１２１上に被測定物である半導体ウエハ１４１を吸着させて、密着させる。又、平面プローブ１３１に代えて球状プローブ１４２を取り付けたプローブユニット１０２にて、上述の平面プローブ１３１を用いた場合と同様に、上記半導体ウエハ１４１の表面１４１ａを走査する。該走査により、上記表面１４１ａにおけるＸ，Ｙ軸方向における座標位置と、該座標位置に対応するＺ軸方向の高さ寸法とが制御装置１０３に記憶される。制御装置１０３は、上述の半導体ウエハ支持用部材１２１におけるＺ軸方向のデータと、半導体ウエハ１４１におけるＺ軸方向のデータとの差を演算することで、約２０ｍｍ平方のステッパにおける露光範囲において、半導体ウエハ１４１の表面１４１ａのみの平面度を０．１μｍの精度にて、かつ半導体ウエハ１４１を傷つけることなく測定することができる。
【００１９】
又、上述の平面度測定装置１００，１０１の第１測長装置１３５及び第２測長装置１３７について、レーザ干渉測長装置に代えて、静電客量式位置検出器又は３角測距式位置検出器にて第１測長装置１３５及び第２測長装置１３７を形成することもできる。このような構成とすることで、レーザ干渉測長装置にて形成する場合に比べて製造コストを低減することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の第１態様の平面度測定装置によれば、平面プローブと、上記平面プローブのＺ軸方向への移動量を０．１μｍ以下の分解能で測定する第１測長装置とを備え、上記平面プローブにて半導体ウエハ支持用部材を走査するようにしたことより、半導体ウエハ支持用部材単体の平面度を測定することができる。さらに、測定圧力を２００ｍｇ以下に制御するようにしたことより、半導体ウエハ支持用部材を傷つけることなく上記平面度を測定することができる。
【００２１】
さらに又、本発明の第２態様の平面度測定装置によれば、上記平面プローブに代えて球状プローブを設け、制御装置にて半導体ウエハのみの平面度を演算するようにしたことより、半導体ウエハ単体における平面度を測定、演算することができる。さらに、測定圧力を２００ｍｇ以下に制御するようにしたことより半導体ウエハを傷つけることなく上記平面度を測定、演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のー実施形態の平面度測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す平面度測定装置の変形例の構成を示す図である。
【図３】図１に示す半導体ウエハ支持用部材の形状を示す平面図及び側面図である。
【図４】図１に示す平面度測定装置に備わる平面プローブを示す斜視図である。
【図５】図４に示す平面プローブの変形例を示す斜視図である。
【図６】図４に示す平面プローブの変形例を示す斜視図である。
【図７】平面度を説明するための図である。
【図８】図１に示すスライダ部分の詳細図である。
【図９】従来のウエハー平面度測定装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１００，１０１…平面度測定装置、１０２…プローブユニット、
１０３…制御装置、１１０…定盤、１２０…被測定物ステージ、
１２１…半導体ウエハ支持用部材、１２２…突起部材、
１２５…Ｘ，Ｙステージ、１２８…基準部材、１３０…プローブユニット、
１３１…平面プローブ、１３２…スライダ、１３３…スライダ支持部材、
１３５…第１測長装置、１３６…フィードバック装置、
１３７…第２測長装置、１３８…制御装置、
１４１…半導体ウエハ、１４２…球状プローブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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