(57)【要約】【課題】高精度に表面形状情報を得ることができる表面検査装置を提供すること。【解決手段】干渉縞形成用の光学素子と被測定物とにより形成される干渉縞像を撮像し、該干渉縞像を基に被測定物の表面形状を検査する表面検査装置において、被測定物の測定面を略垂直方向に立てた状態で被測定物を略垂直方向に移動する移動手段を備える。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉縞形成用の光学素子と被測定物とにより形成される干渉縞像を撮像し、該干渉縞像を基に被測定物の表面形状を検査する表面検査装置において、被測定物の測定面を略垂直方向に立てた状態で被測定物を略垂直方向に移動する移動手段を設けたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
請求項１の表面検査装置において、被測定物の測定面を略垂直方向に立てた状態で被測定物の下端部を支持する支持部材を備え、前記移動手段は、被測定物の下面端部が前記支持部材から離れるまで持ち上げた後、再び前記支持部材に支持されるまで降ろすことを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
請求項２の表面検査装置において、前記移動手段は被測定物の上面端部又は側面端部を支持して被測定物を吊り上げる手段であり、干渉縞像の撮像中にその吊り上げ力は被測定物の重量に応じて調節されていることを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
請求項２の表面検査装置において、前記支持部材には被測定物の下面端部が当接する箇所に弾性体を設けたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項５】
請求項３の表面検査装置は、被測定物の裏面側の外周部に部分的に接触する接触部材を備え、前記吊下げ手段による吊下げ時には、前記接触部材により前記被測定物の測定面の垂直方向に対する傾斜角度が、０度より大きく、かつ４度以下でガイドされていることを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の表面形状を検査する表面検査装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体製造工程において、感光剤を塗布したウェハを露光する際に、ＩＣ回路を描いた板状のガラスマスクをウェハにあわせて置き、露光装置により紫外線を照射して当たった個所のフォトレジスト上にパターンを転写している。このガラスマスクのパターンはウェハ上に縮小して投影されるため、ガラスマスクには高い平面度が要求されている。
ガラスマスクにおける表面の平面度の測定には、ガラスマスクを垂直支持（数度の傾きを含む）するものと、水平支持するものがある（例えば、特許文献１参照。）。精度よく測定するためには、水平支持に比べて、自重変形しにくい垂直支持が用いられてきた。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２６３１００３号公報（第２−３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、垂直支持においても、さらに高精度（ナノメートルオーダー）の平面度測定が要求されている。従来の垂直支持の測定では、ガラスマスクを水平支持状態から垂直支持状態にして測定するため、垂直支持状態にしても水平支持状態でのガラスマスクの自重によるたわみの影響が残ったり、支持部への集中荷重などによるガラスマスクの変形が測定時の誤差要因となって、ガラスマスク自体が本来有している平面度の測定ができなかった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点を鑑み、高精度に表面形状情報を得ることができる表面検査装置を提供することを技術課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は以下のような構成を備えることを特徴とする。
（１）　干渉縞形成用の光学素子と被測定物とにより形成される干渉縞像を撮像し、該干渉縞像を基に被測定物の表面形状を検査する表面検査装置において、被測定物の測定面を略垂直方向に立てた状態で被測定物を略垂直方向に移動する移動手段を設けたことを特徴とする。
（２）　（１）の表面検査装置において、被測定物の測定面を略垂直方向に立てた状態で被測定物の下端部を支持する支持部材を備え、前記移動手段は、被測定物の下面端部が前記支持部材から離れるまで持ち上げた後、再び前記支持部材に支持されるまで降ろすことを特徴とする。
（３）　（２）の表面検査装置において、前記移動手段は被測定物の上面端部又は側面端部を支持して被測定物を吊り上げる手段であり、干渉縞像の撮像中にその吊り上げ力は被測定物の重量に応じて調節されていることを特徴とする。
（４）　（２）の表面検査装置において、前記支持部材には被測定物の下面端部が当接する箇所に弾性体を設けたことを特徴とする。
（５）　（３）の表面検査装置は、被測定物の裏面側の外周部に部分的に接触する接触部材を備え、前記吊下げ手段による吊下げ時には、前記接触部材により前記被測定物の測定面の垂直方向に対する傾斜角度が、０度より大きく、かつ４度以下でガイドされていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について一実施形態を挙げ、図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る表面検査装置の要部構成図であり、ここでは斜入射干渉計を例示している。
まず、表面形状測定光学系及び制御系について説明する。図１の測定光学系は、上から見たときの概略構成を示している。測定光源であるＨｅ−Ｎｅレーザ光源１から出射したレーザ光はエキスパンダレンズ２を通過した後、コリメータレンズ３により平行光束とされプリズム４に入射する。プリズム４の参照面４′はピエゾ素子５によりウェハ６の被測定面６′との距離が変えられ、参照光の位相が変化される。
【０００８】
プリズム４に入射した光の一部は参照面４′を透過して支持ユニット２０に支持された板状の被検ガラス６の被測定面６′で反射し、再びプリズム４を通過して、レンズ９を通り、カメラ１０に向かう。一方、プリズム４に入射した光の内、参照面４′で反射した光はレンズ９を通り、カメラ１０に向かう。被測定面６′で反射した光と参照面４′で反射した光は干渉現象を起こし、カメラ１０で干渉縞が撮像される。撮像された干渉縞は、映像信号として解析装置１１に送信され、表面形状の平坦度や厚さムラ等の演算解析が行われる。解析装置１１にはキーボードやマウス、測定開始スイッチ等の入力部１１ａ、撮像画像や解析結果を表示するモニタ１２が接続されている。１３は制御部で、レーザ光源１、支持ユニット２０の後述するモータ、ピエゾ素子５等の駆動制御を行う。また、制御部１３にはメモリ１４が接続されている。
【０００９】
次に、支持ユニット２０について説明する。被検ガラス６は、図３（ａ）に示す様に水平な状態に置いた後に、支持ユニット２０の回転移動により、図３（ｂ）に示す略垂直な状態に置かれて測定される。図２は図３（ｂ）に示す略垂直な状態を示している。図２（ａ）は支持ユニット２０の側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面図をＡ方向から見た図である。
【００１０】
支持ユニット２０は載置台１５に取り付けられている。支持ユニット２０のうち、被検ガラス６を載せるための３つの載せ台２１が載置台１５に固定されている。被検ガラス６に載せ台２１が当接する部分は、被検ガラス６にマスクパターンが形成されない裏面側の外周部（例えば、エッジより２ｍｍ内側まで）となるように配置されている。また、載置台１５には、被検ガラス６の位置出しをするための２つの下端用ガイド２２と１つの側端用ガイド２３が固定されている。下端用ガイド２２は、図３（ｂ）に示す様に、被検ガラス６が略垂直に立てられたときに、その下面（下端部）６ａが当接することにより、被検ガラス６を支持する。
【００１１】
また、載置台１５には直動ガイドである２つのボールブッシュ２４が取付ブロック２５によって固定されている。ボールブッシュ２４にはシャフト２６が摺動可能に挿通され、シャフト２６の端部は吸着支基２７に固定されいている。吸着支基２７には、被検ガラス６の上端部（測定面が垂直にされた状態での上端部）を支持するための９個の吸着カップ２８が取り付けられている。各吸着カップ２８の内部及び吸着支基２７の内部には、図２（ｂ）中の破線で示すように、真空引き用の配管が形成されている。また、吸着支基２７の上部には、図示なき真空源または真空ポンプにつながれたホース２９が取り付けられている。尚、真空源または真空ポンプによる吸着動作は、制御部１３によってコントロールされている。
【００１２】
吸着支基２７の上部の設けられたフック２７ａには、引っ張りバネ３０が掛けられ、引っ張りバネ３０の他端は、移動支基３１に固定されたピン３２により移動支基３１に留められている。移動支基３１には、吸着支基２７と同様にシャフト３５が固定されている。シャフト３５は載置台１５に取り付けられた取付ブロック３４に固定されたボールブッシュ３３に挿通されている。これらの機構により、移動支基３０はシャフト３５の軸方向に摺動可能となっている。
【００１３】
また、載置台１５には、モータ３６が取り付けられ、モータ３６の軸３６ａには、偏心カム３７が固定されている。偏心カム３７は移動支基３１の底面に当接し、偏心カム３７の回転により、移動支基３１が上下する。３８はモータに取り付けられたエンコーダである。モータ３６及びエンコーダ３８は、制御部１３に接続されて、モータ３６は制御部１３により駆動制御されている。
尚、支持ユニット２０は被検ガラス６を垂直方向に立てたときに、図２（ａ）に示すように垂直方向に対して僅かに傾き、被検ガラス６が測定中に倒れないように３つの載せ台２１の接触面が形成されている。この傾斜は、垂直方向（鉛直方向）に対して０°より大きく、４°以下であることが好ましい。本実施の形態では２°の傾斜にしている。
【００１４】
以上のような構成を備える表面検査装置において、その動作を以下に説明する。
操作者は、まず、図３（ａ）に示す状態で、被検ガラス６を図２（ｂ）に示す支持ユニット２０の３つの載せ台２１上に水平に置く。そして、操作者は、被検ガラス６の側面を２つのガイド２２と１つのガイド２３に押し当て、測定の位置出しをする。次に、載置台１５を回転させ、図３（ｂ）に示す様に被検ガラス６を略垂直な状態（本実施の形態では水平方向に対して８８°の傾斜）にする。
【００１５】
操作者は、被検ガラス６のセッティングが終わると、入力部１１ａの測定開始スイッチを押す。測定開始スイッチが押されると、制御部１３は、真空源または真空ポンプにつながれた図示なき電磁弁を開く。また、制御部１３は、モータ３６を駆動することによって、偏心カム３７を回転させ、移動支基３１を最下部となるように下降させる。移動支基３１の位置は、エンコーダからの偏心カム３７の回転角度情報によって検知されている。移動支基３１が最下部にあると、吸着支基２７も最下部に下降し、多数の吸着カップ２８により、被検ガラス６の上端部を吸着する。被検ガラス６を吸着すると、制御部１３は、モータ３６を駆動することによって、偏心カム３７を回転させ、移動支基３１を上へ移動させる。移動支基３１が上へ移動すると、引っ張りバネ３０を介して、吸着支基２７及び被検ガラス６が上に持ち上げられる。被検ガラス６は、下面６ａが２つのガイド２２から離れるまで持ち上げられる。その後、モータ３６は逆回転して、被検ガラス６は下降し、被検ガラス６の下面６ａが２つのガイド２２に接触し始め、被検ガラス６の重力（重量）の略半分の力で吊り上げられるところで停止する。
【００１６】
このような被検ガラス６の吊り上げにより、垂直支持における被検ガラス６の下面６ａが受ける荷重が軽減され、被検ガラス６の自重による撓みや反り等の変形が抑えられる。吊り上げ力は、上下方向に掛かる荷重を均等にするために、被検ガラス６の重力の約半分が好ましいが、完全に吊り上げた状態でも、従来方法の垂直支持に比べれば、被測定物自体の自重による変形が抑えられる。
【００１７】
引っ張りバネ３０のバネ定数、初期張力、バネの長さ、及び偏心カム３７の回転による移動支基３１の移動量は、上記の作動条件を満たす様に設計されている。上記の作動条件とは、偏心カム３７の回転により移動支基３１が最下部にあるときに被検ガラス６を吸着でき、偏心カム３７の回転により移動支基３１が上に移動したときに被検ガラス６の下面６ａが２つのガイド２２から離れ、そこから下げたときに所定の位置で被検ガラス６の重力の略半分の力で吊り上げるという条件である。移動支基３１が最下部になる位置、被検ガラス６が２つのガイド２２から離れる位置、被検ガラス６の重力の略半分の力で吊り上げる位置は、モータ３６につけられているエンコーダ３８の信号として、予め、メモリ１４に記憶されており、制御部１３はエンコーダ３８からの信号によってモータ３６を駆動する。被検ガラス６の重量は予め与えられている。
【００１８】
被検ガラス６を吊り上げて２つのガイド２２から一度離し、そこから被検ガラス６の重力の略半分の力で吊り上げる効果について、図４を用いて説明する。被検ガラス６が水平に置かれた状態では、図４（ａ）に示すように被検ガラス６は載せ台２１上で中心部が重力により反っている。この状態から、図４（ｂ）に示すように被検ガラス６を垂直に立てても、ナノメートルのオーダーでは反りが残ってしまっている。また、水平から垂直に回転する過程（図４（ａ）から図４（ｂ）への過程）で被検ガラス６の底面６ａがガイド２２に擦れてかじりが起こり、被検ガラス６が反った状態になる。このような被検ガラス６の内部残留応力を取り除くために、図４（ｃ）に示すように、被検ガラス６を吊り上げ、２つのガイド２２から隙間ｄができるまで離す。隙間ｄの値はｄ＞０であれば任意であるが、隙間ｄの値は小さい方が無駄な動きや無駄な時間が少なく効率的である。また、被検ガラス６を垂直に立てた状態では、自重による座屈やガイド２２への集中荷重などにより、被検ガラス６が変形する。これらの影響を軽減するために、図４（ｄ）に示すように図４（ｃ）の状態から少し下げて、被検ガラス６をその重力の略半分の力で吊り上げる。この状態で被検ガラス６の表面検査を行うことで、従来の方法に比べて反り、たわみがより少ない状態で測定できる。
【００１９】
また、被検ガラス６の重力の略半分の力で吊り上げても、被検ガラス６の底面６ａのガイド２２と当接する部分には被検ガラス６の略半分の重力がかかっている。ガイド２２と当接する部分の集中荷重を緩和させるため、図５に示すように、ガイド２２の上部に、ウレタンゴムや、シリコンゴム等の弾性体２２ａを取り付けてもよい。
【００２０】
被検ガラス６のセッティングができた後、レーザ光源１からレーザ光が発せられ、参照面４′と被測定面６′で反射した光とにより形成される干渉縞がカメラ１０で撮像される。また、制御部１３はピエゾ素子５に電圧を印加し、参照面４′と被測定面６′との距離を変化させることで、干渉縞の位相を変化させる。こうして位相が変化した干渉縞像がカメラ１０によって撮像され、各画像データは解析装置１１内のメモリに取り込まれる。
【００２１】
解析装置１１はメモリに取り込んだ位相の異なる複数の干渉縞画像にノイズ除去等の周知の処理を施す。そしてこの位相データを高さデータに変換することによって被測定面６′の表面三次元形状を算出する。算出された三次元形状は、鳥瞰図や等高線図等でモニタ１２に表示され、検者は被測定面６′の平坦度を評価できる。
【００２２】
上記実施の形態では、被検ガラス６を２つのガイド２２から離れる状態まで吸着支基２７で吊り上げた後に再び降ろす移動機構としたが、被検ガラス６を２つのガイド２２から離れる状態まで被検ガラス６の底面６ａを押し上げるプッシャー機構を２つのガイド２２の間に追加することにより、被検ガラス６を略垂直方向に移動する移動機構を構成してもよい。
【００２３】
また、上記の被検ガラス６の吊り上げ機構は、主に引っ張りバネ３０、モータ３６、偏心カム３７によるものとしたが、これに限らず、被検ガラス６の吊り上げ力を被検ガラス６の重量に応じて調節できる吊り上げ機構であれば、上記の機構に限るものではない。例えば、エアシリンダーにより、吸着支基２７を上下させ、吊り上げ荷重は、エアシリンダーに負荷する圧力によって調節する機構としてもよい。また、被検ガラス６を吊り上げている部材に圧電素子等のロードセルを組み込み、このロードセルにより実際に吊り上げ荷重を測定して吊り上げ力を調節してもよい。
【００２４】
また、上記の実施形態の吊り上げ機構は、被検ガラス６の上面（上端部）を吸引して支持するように構成したが、被検ガラス６の左右の側面端部を両方向から吸引して支持するようにしても良い。また、被検ガラス６の上端部や側面端部を支持する方法としては、上記のような吸着の他、重力荷重よりある程度大きな力で引っ張ったときに剥がすことが可能な接着物を使用しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、被測定物の自重による反りやたわみの変形を抑え、高精度に表面形状を検査できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面検査装置の要部構成図である。
【図２】支持ユニットの機構を示す図である。
【図３】被検ガラスの載置状態を示す図である。
【図４】被検ガラスの載置状態を示す図である。
【図５】支持ユニットの機構の変容例を示す図である。
【符号の説明】
１　レーザ光源
３　コリメータレンズ
４　プリズム
９　レンズ
１０　カメラ
１３　制御部
２０　支持ユニット
２１　載せ台
２２　下端用ガイド
２２ａ　弾性体
２３　側端用ガイド
２７　吸着支基
２８　吸着カップ
３０　引っ張りバネ
３１　移動支基
３６　モータ
３７　偏心カム
３８　エンコーダ
【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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