(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、
前記光学測定系で生成された測定データに基づいて前記被測定物の形状を演算する形状演算部と、
前記被測定物を保持する保持部とを備え、
前記保持部は、平面を持つ保持体と、前記保持体の平面に配設され、前記被測定物の一方面と前記保持体の平面とを、ダンピング効果を奏する５ｍｍ以下の第１間隔を空けるように、前記被測定物の縁部を介して前記被測定物を保持する保持片と、前記被測定物の他方面と前記光学測定系の測定面とを、ダンピング効果を奏する５ｍｍ以下の第２間隔を空けるように、鉛直方向から所定の角度だけ傾けて前記保持体を立設する傾斜立設機構とを備え、
前記傾斜立設機構は、前記保持体を支持する支持体と、前記支持体に対する前記保持体の傾きを調節する調節機構とを備えること
を特徴とする形状測定装置。
【請求項２】
前記光学測定系と前記保持部の保持体との間における前記被測定物の全側面を閉塞する閉塞部材をさらに備えること
を特徴とする請求項１に記載の形状測定装置。
【請求項３】
前記光学測定系の測定面は、前記被測定物を保持した場合に前記被測定物によって占有され前記保持片によって形成される保持領域より小さいこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項４】
前記鉛直方向と直交する平面内で前記光学測定系の測定面と前記保持体とを相対的に回転移動する回転移動機構と、前記平面内で前記光学測定系の測定面と前記保持体とを相対的に直線移動する直線移動機構とを備えること
を特徴とする請求項３に記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の形状、例えば半導体ウェハ等の板状体の形状を好適に非接触で測定する形状測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、集積回路は、素子の集積化が進んでいる。この集積回路を半導体ウェハに製造するプロセス条件であるプロセス・ルールは、通常、ゲート配線の線幅または間隔における最小加工寸法によって規定される。このプロセス・ルールが半分になれば、理論上、同じ面積に４倍のトランジスタや配線を配置することができるため、同じトランジスタ数では１／４の面積となる。この結果、１枚の半導体ウェハから製造することができるダイが４倍になるだけでなく、通常、歩留まりも改善されるため、さらに多くのダイが製造可能となる。この最小加工寸法は、高密度な集積回路を製造するために、２０１３年の時点の最先端では、２２ｎｍに達している。このようなサブミクロンメートルオーダ（１μｍ以下）のプロセス・ルールでは、半導体ウェハに高い平坦度が要求され、半導体ウェハの表面形状（表面の高さ変化）が無視できない。このため、半導体ウェハの表面形状を高精度に、例えば、サブナノメートルオーダ（１ｎｍ以下）で測定する形状測定装置が望まれている。
【０００３】
このような高精度に被測定物の形状を測定する形状測定装置では、微小なゴミの付着等の汚染や、被測定物の支持によって生じてしまった疵等は、その測定結果に影響を与えてしまう。このため、これら汚染の防止や疵等を生じさせないために、形状測定装置では、被測定物の縁部（エッジ）で被測定物が支持される。この場合、被測定物が半導体ウェハ等の比較的薄い板状体である場合、重力の作用方向に略直交する水平方向に沿うように被測定物を載置すると、上述の支持方法では、被測定物の自重により、被測定物は、撓み変形を生じてしまうため、測定結果に誤差が生じてしまう。そのため、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように、重力の作用方向に略平行な垂直方向（鉛直方向）に沿うように被測定物を、載置する支持方法が有る。
【０００４】
この特許文献１に開示されたウェハの光学式形状測定器は、エッジ部を介して鉛直保持されたウェハの両面に二つの光学測定系が対向配置され、単数または複数の厚さ測定器がウェハの周縁に向けて配置されており、各光学測定系は、測定光を出射する発光器と、測定光を平行ビームにするコリメータレンズと、平行ビームが透過する基準平面レンズと、ウェハの主面および裏面で反射された測定光が基準平面レンズおよびコリメータレンズを経て入射される受光器と、基準平面レンズと主面及び裏面とで作られたそれぞれの干渉縞が取り込まれる計算機とを備えており、両光学測定系で得られた干渉縞から主面および裏面の平面度をそれぞれ算出し、厚さ測定器で得られたウェハ数カ所の厚さを基準としてウェハの真形状を算出するものである。
【０００５】
前記特許文献２に開示された形状測定装置は、ウェハの主面側および裏面側に対向配置される２つの基準平面と、上記主面側の基準平面を介して上記ウェハの主面に向けて照射された平行光の上記ウェハ主面での反射光と上記基準平面での反射光とで形成される干渉縞画像を取得する主面側干渉縞画像取得手段と、上記裏面側の基準平面を介して上記ウェハの裏面に向けて照射された平行光の上記ウェーハ裏面での反射光と上記基準平面での反射光とで形成される干渉縞画像を取得する裏面側干渉縞画像取得手段と、上記ウェハを上記２つの基準平面間から取り除いた状態で、上記２つの基準平面に向けて照射された平行光の上記一方の基準平面における反射光と他方の基準平面における反射光とで形成される干渉縞画像を取得する基準平面干渉縞画像取得手段と、上記主面側干渉縞画像取得手段、上記裏面側干渉縞画像取得手段、および上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた３つの干渉縞画像に基づいて上記ウェハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備してなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２６０８７３号公報
【特許文献２】特開２００１−２４１９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、形状測定装置における周辺の装置等が振動や音を生じると、その振動や音が空気を介して被測定物に伝わり、被測定物が振動してしまう。また、被測定物の周囲の空気が流れると、その空気の流れによって被測定物が揺らいでしまう。このような被測定物の振動や揺らぎは、上述のように高精度に測定しようとすると、測定結果に影響を与えてしまう。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、より安定的に被測定物を保持できる形状測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる形状測定装置は、光干渉計を用いて被測定物の形状に関する測定データを生成する光学測定系と、前記光学測定系で生成された測定データに基づいて前記被測定物の形状を演算する形状演算部と、前記被測定物を保持する保持部とを備え、前記保持部は、平面を持つ保持体と、前記保持体の平面に配設され、前記被測定物の一方面と前記保持体の平面とを、ダンピング効果を奏する５ｍｍ以下の第１間隔を空けるように、前記被測定物の縁部を介して前記被測定物を保持する保持片と、前記被測定物の他方面と前記光学測定系の測定面とを、ダンピング効果を奏する５ｍｍ以下の第２間隔を空けるように、鉛直方向から所定の角度だけ傾けて前記保持体を立設する傾斜立設機構とを備え、前記傾斜立設機構は、前記保持体を支持する支持体と、前記支持体に対する前記保持体の傾きを調節する調節機構とを備えることを特徴とする。上述の形状測定装置において、好ましくは、前記第１間隔は、２ｍｍ以下である。これら上述の形状測定装置において、好ましくは、前記第２間隔は、２ｍｍ以下である。また、これら上述の形状測定装置において、好ましくは、前記所定の角度は、１度ないし１０度の範囲のうちのいずれかの値である。これら上述の形状測定装置において、より好ましくは、前記所定の角度は、２度ないし５度の範囲のうちのいずれかの値である。
【００１０】
このような形状測定装置は、鉛直方向から所定の角度だけ傾けて保持体を立設する。このため、保持体の保持片で保持された被測定物には、重力が作用するので、上記形状測定装置は、自重によって安定的に被測定物を保持できる。さらに加えて、上記形状測定装置は、前記被測定物の一方面と前記保持体の平面との間における第１間隔を５ｍｍ以下となるように、かつ、前記被測定物の他方面と前記光学測定系の測定面との間における第２間隔を５ｍｍ以下となるように、保持部によって被測定物を保持する。種々の実験結果によれば、第１および第２間隔それぞれを５ｍｍ以下に設定すると、それら前記第１間隔を有して成る第１空間および前記第２間隔を有して成る第２空間における各空気が動き難くなり、前記第１および第２空間それぞれは、いわゆるダンピング効果を奏するようになる。このため、上記形状測定装置は、被測定物をより安定的に保持できる。このような形状測定装置は、調節機構を備えるので、保持体の平面に配設された保持片によって保持された被測定物における光学測定系に対するいわゆるあおりを修正できる。このため、上記形状測定装置は、光学測定系の光軸に被測定物の他方面を直交するように被測定物の姿勢を調節できる。
【００１１】
また、他の一態様では、上述の形状測定装置において、前記光学測定系と前記保持部の保持体との間における前記被測定物の全側面を閉塞する閉塞部材をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
このような形状測定装置は、閉塞部材によって、外部からの振動および音の侵入を防止でき、そして、空気の流通も防止できる。このため、上記形状測定装置は、被測定物をさらにより安定的に保持できる。
【００１５】
また、他の一態様では、これら上述の形状測定装置において、前記光学測定系の測定面は、前記被測定物を保持した場合に前記被測定物によって占有され、前記保持片によって形成される保持領域より小さいことを特徴とする。
【００１６】
測定面が大きいと、例えば、口径３００ｍｍや口径４５０ｍｍの半導体ウェハに応じた大きさの測定面である場合、測定光学系のコスト、重量、性能および品質等の点を対応しなければならなくなる。このような形状測定装置は、光学測定系を小型化できるので、これらの点の対応が容易になる。
【００１７】
また、他の一態様では、上述の形状測定装置において、前記鉛直方向と直交する平面内で前記光学測定系の測定面と前記保持体とを相対的に回転移動する回転移動機構と、前記平面内で前記光学測定系の測定面と前記保持体とを相対的に直線移動する直線移動機構とを備えることを特徴とする。
【００１８】
このような形状測定装置は、回転移動機構と直線移動機構とを備えるので、光学測定系の測定面が保持領域よりも小さい場合でも、被測定物の他方面全面を測定可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明にかかる形状測定装置は、より安定的に被測定物を保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態における形状測定装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態の形状測定装置における保持体および保持片を説明するための正面図である。
【図３】実施形態の形状測定装置において、保持片による被測定物の保持状態を説明するための保持片周辺の拡大図側面である。
【図４】実施形態の形状測定装置における一例の光学測定系の構成を示す図である。
【図５】実施形態における形状測定装置の第１変形形態を説明するための図である。
【図６】実施形態における形状測定装置の第２変形形態を説明するための図である。
【図７】実施形態における形状測定装置の第２変形形態において、保持部に対して光学測定系を移動させる場合における移動の様子を説明するための図である。
【図８】実施形態における形状測定装置の第２変形形態において、光学測定系に対して保持部を移動させる場合における移動の様子を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。
【００２２】
図１は、実施形態における形状測定装置の構成を示す図である。図２は、実施形態の形状測定装置における保持体および保持片を説明するための正面図である。図３は、実施形態の形状測定装置において、保持片による被測定物の保持状態を説明するための保持片周辺の拡大図側面である。図４は、実施形態の形状測定装置における一例の光学測定系の構成を示す図である。
【００２３】
実施形態における形状測定装置は、被測定物における所定の形状を、光干渉計を用いることによって非接触で測定する装置である。前記被測定物は、種々の物体であって良いが、前記被測定物として、例えば半導体ウェハ等の板状体が好適である。特に、本実施形態における形状測定装置は、被測定物を、その縁部を介して鉛直方向に近い状態で保持するので、前記被測定物として、自重によって比較的撓み変形し易い例えば直径３００ｍｍや４５０ｍｍの比較的大口径な半導体ウェハが好適である。前記所定の形状は、例えば被測定物の厚さや厚さ分布、および、被測定物における表面の高さや高さ変化（高さ分布）等である。
【００２４】
このような実施形態における形状測定装置Ｍは、例えば、図１ないし図４に示すように、光学測定系１と、形状演算部２２を含む制御演算部２と、保持部３とを備え、図１に示す例では、さらに、入力部４と、出力部５と、インターフェース部（ＩＦ部）６とを備える。
【００２５】
光学測定系１は、光干渉計を用いて被測定物ＳＰの形状に関する測定データを生成する装置である。光干渉計は、所定の波長を持つ測定光が入射され、前記測定光の入射位置から干渉位置までの間に２個の第１および第２光路を形成する複数の光学素子を備える装置である。光干渉計１における前記第１および第２光路のうちの一方に、被測定物ＳＰを配置することによって、前記第１光路の第１光学的距離と前記第２光路の第２光学的距離との間に、差が生じる。この差によって、前記測定光から分配された第１および第２光における前記第１光路を伝播した第１光と前記第２光路を伝播した第２光とは、前記干渉位置で干渉し、いわゆる干渉縞を生じる。このような光干渉計１は、例えば、マイケルソン干渉計、トワイマングリーン干渉計、フィゾー干渉計等の種々の干渉計を用いることができるが、ここでは、フィゾー干渉計１Ａを用いた例について図４を用いて説明する。
【００２６】
フィゾー干渉計１Ａは、測定光を、基準平面で反射する第１光路を伝播する第１測定光と、被測定物ＳＰの表面で反射する第２光路を伝播する第２測定光とに分配し、前記基準平面で反射した第１測定光と被測定物ＳＰの表面で反射した第２測定光とを干渉させる装置である。このようなフィゾー干渉計１Ａは、例えば、図４に示すように、光源部１１と、半透鏡（ハーフミラ）１２と、コリメータレンズ１３と、基準光学素子１４と、撮像部１５とを備える。
【００２７】
光源部１１は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って測定光を照射する装置である。半透鏡１２は、入射光の一部を透過するとともに前記入射光の他部を反射する光学素子である。コリメータレンズ１３は、入射光を平行光化（コリメート）して射出する光学素子である。基準光学素子１４は、一方面に平坦な基準平面を持つ平板状の光学素子である。撮像部１５は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って干渉光を撮像し、干渉光の画像信号を、被測定物ＳＰの形状に関する前記測定データとして生成し、この測定データを制御演算部２へ出力する装置である。
【００２８】
これら光源部１１、半透鏡１２、コリメータレンズ１３および基準光学素子１４は、この順で配置され、光源部１１、コリメータレンズ１３および基準光学素子１４は、互いに光軸を一致するように配置され、半透鏡１２は、前記光軸に対し４５度傾けて配置される。撮像部１５は、その光軸が光源部１１の光軸（コリメータレンズ１３の光軸、基準光学素子１４の光軸）と半透鏡１２の光軸との交点を通り、かつ、光源部１１の光軸と直交するように、配置される。被測定物ＳＰは、基準光学素子１４における前記基準平面に対向する平面（対向平面）と対向するように、所定の間隔（第２間隔ＤＬ２）を空けて配置される。基準光学素子１４における前記基準平面に対向する前記対向平面は、本実施形態において、被測定物ＳＰに向けて測定光（第２測定光)を射出し、測定範囲を規定する光学測定系１の測定面となっている。
【００２９】
本実施形態の形状測定装置Ｍにおける光学測定系１の一例として用いられるフィゾー干渉計１Ａは、前記測定面が、後述される、被測定物ＳＰを保持した場合に被測定物ＳＰによって占有され保持片３２（３２−１〜３２−３）によって形成される保持領域と略同等の大きさとなるように、構成されている。すなわち、フィゾー干渉計１Ａを構成する光源部１１、半透鏡１２、コリメータレンズ１３、基準光学素子１４および撮像部１５は、前記測定面が前記保持領域と略同等となるように、そのサイズ（大きさ）および配置位置が設計されている。
【００３０】
このような構成のフィゾー干渉計１Ａでは、光源部１１から照射された測定光は、半透鏡１２を介してコリメータレンズ１３に入射され、平行光化されて基準光学素子１４に入射される。基準光学素子１４に入射した測定光は、その一部が基準光学素子１４の基準平面で反射され、その他部が基準光学素子１４を透過する。この基準平面で反射された一部の測定光（第１測定光）は、来た光路を逆に辿り、コリメータレンズ１３を介して半透鏡１２に入射される。一方、基準光学素子１４を透過した他部の測定光（第２測定光）は、被測定物ＳＰに入射して被測定物ＳＰで反射され、来た光路を逆に辿り、基準光学素子１４およびコリメータレンズ１３を介して半透鏡１２に入射される。これら半透鏡１２に入射した第１および第２測定光は、干渉し、半透鏡１２で反射されて撮像部１５に入射される。撮像部１５は、半透鏡１２から入射された干渉光を撮像し、干渉光の画像信号を前記測定データとして生成し、この測定データを制御演算部２へ出力する。このようなフィゾー干渉計１Ａは、構成が比較的簡単で第１および第２測定光を生成するための光学素子（第１および第２光路を形成するための光学素子）に重複部分が多いため、他の干渉計に較べて、振動や温度変化等の影響が小さく、安定した干渉光を得られ、好適である。
【００３１】
制御演算部２は、形状測定装置Ｍの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、被測定物ＳＰにおける所定の形状を求めるものである。制御演算部２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、このＣＰＵによって実行される種々のプログラムやその実行に必要なデータ等を予め記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の不揮発性記憶素子、このＣＰＵのいわゆるワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶素子およびその周辺回路等を備えたマイクロコンピュータによって構成される。そして、制御演算部２には、プログラムを実行することによって、機能的に、制御部２１および形状演算部２２が構成される。
【００３２】
制御部２１は、被測定物ＳＰにおける所定の形状を求めるために、形状測定装置Ｍの各部を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するものである。
【００３３】
形状演算部２２は、光学測定系１（この例ではフィゾー干渉計１Ａ）で生成した前記測定データに基づいて被測定物ＳＰの形状、例えば被測定物ＳＰにおける表面の高さ変化を求めるものである。前記測定データ（この例では干渉縞）から前記表面の高さ変化を求める手法には、公知の常套手段が用いられる。
【００３４】
入力部４は、制御演算部２に接続され、例えば、被測定物ＳＰの形状測定の開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば被測定物ＳＰにおける識別子の入力等の形状測定する上で必要な各種データを形状測定装置Ｍに入力する機器であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ、キーボードおよびマウス等である。出力部５は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、入力部４から入力されたコマンドやデータ、および、形状測定装置Ｍによって測定された被測定物ＳＰの形状を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。
【００３５】
なお、入力部４および出力部５からタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部４は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部５は、表示装置である。このタッチパネルでは、表示装置の表示面上に位置入力装置が設けられ、表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として形状測定装置Ｍに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い形状測定装置Ｍが提供される。
【００３６】
ＩＦ部６は、制御演算部２に接続され、制御演算部２の制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ−２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｄａｔａ  Ａｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。
【００３７】
保持部３は、被測定物ＳＰを保持する装置であり、本実施形態では、保持体３１と、保持片３２と、傾斜立設機構３３とを備える。
【００３８】
保持体３１は、平坦な平面ＳＦａを持つ部材であり、例えば、図１ないし図３に示すように、平面視にて矩形形状の板状体である。保持体３１は、変形を防止するために、比較的高い剛性を有する剛体板（力に対する変形の小さい板状体）で形成される。保持体３１は、例えば、ステンレス鋼およびアルミニウム等の金属材料（合金を含む）によって形成される。
【００３９】
保持片３２は、保持体３１の前記平面ＳＦａに配設され、被測定物ＳＰの一方面ＳＦｂと保持体３１の前記平面ＳＦａとを第１間隔（後面側間隔）ＤＬ１を空けるように、被測定物ＳＰの縁部を介して被測定物ＳＰを保持する部材である。好ましくは、保持片３２は、被測定物ＳＰの一方面ＳＦｂと保持体３１の前記平面ＳＦａとを第１間隔ＤＬ１を空けて平行となるように、被測定物ＳＰを保持する。保持片３２は、例えば、階段状の断面（略Ｌ字状の断面）を持ち、保持体３１の前記平面ＳＦａから前記階段状における段部までの高さ（厚さ）が第１間隔ＤＬ１に相当し、そして、前記階段状における段部の内周形状の大きさが被測定物ＳＰの外周形状の大きさと略同一または若干大きい円筒形状の部材であっても良いが、本実施形態では、保持片３２は、図１および図３に示すように、階段形状の断面（略Ｌ字状の断面）を持つ３個の部材（第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３）を備えて構成されている。これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３は、これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３における前記階段状における各段部で形成される内周形状の大きさが被測定物ＳＰの外周形状の大きさと略同一または若干大きくなるように、所定の間隔を空けて、保持体３１の前記平面ＳＦａ上に配設されている。被測定物ＳＰが例えば半導体ウェハの一般的な形状である円板形状である場合には、これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３は、図２に示すように、これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３における前記階段状における各段部で形成される内周形状の大きさが被測定物ＳＰの外周形状の大きさと略同一または若干大きくなるような円周上であって、周方向に１２０度の等間隔で、保持体３１の前記平面ＳＦａ上に配設されている。これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３は、それぞれ、保持体３１の前記平面ＳＦａから前記階段状における段部までの高さが第１間隔ＤＬ１に相当するように形成されている。例えば、これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３は、それぞれ、第１間隔ＤＬ１に相当する厚さを持つ板状片を、その途中位置で約９０度に折り曲げて略Ｌ字状とすることで形成される。このような構成の保持片３２では、図１ないし図３に示すように、これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３における前記階段状における各段部に、被測定物ＳＰが載置されることで、これら第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３は、互いに協働して、被測定物ＳＰの縁部を介して被測定物ＳＰを保持する。なお、このように被測定物ＳＰを保持片３２で保持した場合に、被測定物ＳＰによって占有され第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３における各段部によって形成される領域が前記保持領域に相当し、図２に示す例では、上述のように第１ないし第３保持片３２−１〜３２−３を配設する前記円周の内側領域が前記保持領域に相当する。
【００４０】
傾斜立設機構３３は、被測定物ＳＰの他方面ＳＦｃと光学測定系１の測定面ＳＦｄとを第２間隔（前面側間隔）ＤＬ２を空けるように、鉛直方向から所定の角度θだけ傾けて保持体３１を立設する装置である。好ましくは、傾斜立設機構３３は、被測定物ＳＰの他方面ＳＦｃと光学測定系１の測定面ＳＦｄとを第２間隔ＤＬ２を空けて平行となるように、鉛直方向から所定の角度θだけ傾けて保持体３１を立設する。傾斜立設機構３３は、この立設した傾斜立設姿勢（図１に実線で示す保持部３の姿勢）で、支持体３３１の位置を固定維持する。このような傾斜立設機構３３は、例えば、支持体３３１と、回転軸３３２と、調節機構３３３と、第１および第２アーム部材３３４、３３６と、アーム軸３３６と、動力部３３７とを備える。
【００４１】
支持体３３１は、保持体３１を支持するための部材であり、本実施形態では、調節機構３３３を介して保持体３１を支持する。支持体３３１は、例えば、平坦な平面を持ち、平面視にて、保持体３１よりも大きな矩形形状の板状体である。支持体３３１は、保持体３１と同様に、変形を防止するために、比較的高い剛性を有する剛体板で形成される。支持体３３１は、例えば、ステンレス鋼およびアルミニウム等の金属材料（合金を含む）によって形成される。
【００４２】
回転軸３３２は、支持体３３１の一方端部に配設される。回転軸３３２は、例えば、支持体３３１の一方端部内を挿通して固定された円柱状の部材である。また例えば、回転軸３３２は、支持体３３１の一方端部両側面それぞれに垂直に立設された１対の円柱状の部材である。支持体３３１は、この回転軸３３２回りに回転可能となっている。なお、回転軸は、図略の支持部材に対し回転可能にベアリング等を介して前記図略の支持部材によって支持されている。
【００４３】
調節機構３３３は、支持体３３１に対する保持体３１の傾きを調節する装置である。本実施形態では、調節機構３３３は、保持体３１を３点支持するように、３個の第１ないし第３調節機構３３３−１〜３３３−３を備えて構成される。これら第１ないし第３調節機構３３３−１〜３３３−３は、支持体３３１の前記平面上に、保持体３１を３点で支持するような適宜な各配設位置に配設される。すなわち、これら第１ないし第３調節機構３３３−１〜３３３−３の前記各配設位置を結ぶと、三角形が形成される。これら第１ないし第３調節機構３３３−１〜３３３−３は、柱状の部材であり、これら第１ないし第３調節機構３３３−１〜３３３−３のうちの２個、例えば第１および第２調節機構３３３−１、３３３−２は、その長さが伸縮するように構成され、残余の１個、この例では第３調節機構３３３−３は、その長さが固定であるように構成される。より具体的には、第１および第２調節機構３３−１、３３−２は、それぞれ、ロッドを、例えばサーボモータやステッピングモータ等の駆動モータによって本体から出し入れすることで、その長さを伸縮させる装置であり、例えばリニアアクチュエータ（一例ではハーモニックドライブシステムズ株式会社製のＬＡＨシリーズ）等を備えて構成される。第１および第２調節機構３３３−１、３３３−２における前記各ロッドの各先端は、保持体３１に連結され、保持体３１を支持する。そして、第３調節機構３３３−３は、先端がボールヘッドである柱状部材であり、前記ボールヘッドの先端で保持体３１を支持する。このような第１ないし第３調節機構３３３−１〜３３３−３は、第１および第２調節機構３３３−１、３３３−２の各長さを調整することで、支持体３３１に対する保持体３１の傾きを２軸回りで調節できる。すなわち、支持体３３１の前記平面を形成する、互いに直交する第１および第２軸それぞれの各軸回りに、支持体３３１に対する保持体３１の傾きが調節される。
【００４４】
第１および第２アーム部材３３４、３３６は、それぞれ、柱状の部材である。第１アーム部材の一方端は、回転軸３３２に固定され、第１アーム部材３３４の他方端は、アーム軸３３５を介して第２アーム部材３３６の一方端に接続され、第２アーム部材３３６の他方端は、動力部３３７の出力ロッド３３８に固定されている。第１および第２アーム部材３３４、３３６は、アーム軸で互いに回転可能となっている。これら第１アーム部材３３４、アーム軸３３５および第２アーム部材３３６は、動力部３３７における出力ロッド３３８の直線運動を支持体３３１の反時計回りの回転運動へ変換するリンク機構を構成する。
【００４５】
動力部３３７は、図１に破線で示す水平姿勢から図１に実線で示す前記傾斜立設姿勢まで、回転軸３３２回りに支持体３３１を回転させて、支持体３３１を起こす動力を発生する装置である。動力部３３７は、例えば、油圧シリンダおよび電動シリンダ等であり、一例では、動力部３３７として、ＩＡＩ会社製のＲＣＳ２シリーズが利用できる。動力部３３７の出力軸が水平方向に伸びる（突出する）と、第２アーム部材３３６、アーム軸３３５および第１アーム部材３３４によって、支持体３３１は、回転軸３３２回りに回転し、図１に破線で示す水平姿勢から図１に実線で示す前記傾斜立設姿勢となる。
【００４６】
被測定物ＳＰをその自重で安定させるためには、前記所定の角度（鉛直方向からの傾き角度）θは、より大きい方が好ましいが、前記所定の角度θを大きくすると自重によって撓み変形が被測定物ＳＰに生じ、仕様で規定される光学測定系１の測定許容範囲を越えてしまう。このため、前記所定の角度θは、光学測定系１の測定許容範囲によって設定される。例えば、前記所定の角度θは、１度ないし１０度の範囲のうちのいずれかの値である。より好ましくは、前記所定の角度θは、２度ないし５度の範囲のうちのいずれかの値である。一例では、フィゾー干渉計１Ａの性能として許容される測定面角度が０．５ｍｒａｄ以下であって被測定物ＳＰが４５０ｍｍの半導体ウェハである場合では、前記所定の角度θは、約３度に設定される。
【００４７】
そして、種々の実験結果によって、前記第１間隔ＤＬ１は、５ｍｍ以下に設定され、前記第２間隔ＤＬ２は、５ｍｍ以下に設定される。このように５ｍｍ以下に第１および第２間隔ＤＬ１、ＤＬ２それぞれを設定すると、第１間隔ＤＬ１を有して成る被測定物ＳＰの一方面ＳＦｂと保持体３１の前記平面ＳＦａとの間に形成される空間（第１空間）における空気、および、第２間隔ＤＬ２を有して成る被測定物ＳＰの他方面ＳＦｃと光学測定系１の測定面ＳＦｄとの間に形成される空間（第２空間）における空気が動き難くなり、前記第１および第２空間それぞれは、いわゆるダンピング効果を奏するようになる。この観点から、前記第１間隔ＤＬ１は、２ｍｍ以下に設定されることが好ましく、前記第２間隔ＤＬ２は、２ｍｍ以下に設定されることが好ましい。なお、第１および第２間隔ＤＬ１、ＤＬ２それぞれは、互いに同じ値であっても、互いに異なる値であっても良い。
【００４８】
このような構成の形状測定装置Ｍにおいて、まず、図略の電源スイッチがオンされると、形状測定装置Ｍが起動され、制御演算部２によって必要な各部の初期化が行われ、制御演算部２には、プログラムが実行されることによって、機能的に、制御部２１および形状演算部２２が構成される。
【００４９】
測定待機状態では、保持部３は、図１に破線で示すように、保持片３２によって被測定物ＳＰを水平に保持する被測定物ＳＰの設置時の姿勢となっている。このような測定待機状態において、被測定物ＳＰを測定する場合、オペレータ（ユーザ）は、保持片３２に被測定物ＳＰを載置する。これによって被測定物ＳＰは、その一方面ＳＦｂと保持体３１の前記平面ＳＦａとを５ｍｍ以下の第１間隔（後面側間隔）ＤＬ１を空けて平行となるように、被測定物ＳＰの縁部を介して保持片３２で保持される。
【００５０】
オペレータによって入力部４から測定開始のコマンドが入力されると、制御部２１は、傾斜立設機構３３を駆動して支持体３３１を回転軸３３２回りに回転させ、被測定物ＳＰの他方面ＳＦｃと光学測定系１の測定面ＳＦｄとを５ｍｍ以下の第２間隔（前面側間隔）ＤＬ２を空けて平行になるように、鉛直方向から所定の角度θだけ傾けて保持体３１を立設する。そして、制御部２１は、光学測定系１を動作させる。すなわち、制御部２１は、光源部１１に測定光を照射させ、撮像部１５に干渉光を撮像させる。干渉光の撮像によって得られた測定データは、撮像部１５から形状演算部２２へ出力される。形状演算部２２は、撮像部１５によって得られた測定データに基づいて被測定物ＳＰにおける所定の形状を求め、この求めた被測定物ＳＰの形状を出力部５へ出力する。また必要に応じて、形状演算部２２は、この求めた被測定物ＳＰの形状をＩＦ部６へ出力する。
【００５１】
このような本実施形態における形状測定装置Ｍは、鉛直方向から所定の角度θだけ傾けて保持体３１を立設する。このため、保持体３１の保持片３２で保持された被測定物ＳＰには、重力が作用するので、本実施形態における形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰの自重によって安定的に被測定物ＳＰを保持できる。さらに加えて、本実施形態における形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰの一方面ＳＦｂと保持体３１の前記平面ＳＦａとの間における第１間隔ＤＬ１を５ｍｍ以下となるように、かつ、被測定物ＳＰの他方面ＳＦｃと光学測定系１の測定面ＳＦｄとの間における第２間隔ＤＬ２を５ｍｍ以下となるように、保持部３によって被測定物ＳＰを保持する。このため、それら第１間隔ＤＬ１を有して成る前記第１空間および第２間隔ＤＬ２を有して成る前記第２空間における各空気が動き難くなり、前記第１および第２空間それぞれは、いわゆるダンピング効果を奏するようになる。このため、本実施形態における形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰをより安定的に保持できる。
【００５２】
また、本実施形態における形状測定装置Ｍは、調節機構３３３を備えるので、保持体３１の平面ＳＦａに配設された保持片３２によって保持された被測定物ＳＰにおける光学測定系１に対するいわゆるあおりを修正できる。このため、本実施形態における形状測定装置Ｍは、光学測定系１の光軸に被測定物ＳＰの他方面ＳＦｃを直交するように被測定物ＳＰの姿勢を調節できる。
【００５３】
図５は、実施形態における形状測定装置の第１変形形態を説明するための図である。なお、上述の実施形態において、形状測定装置Ｍは、光学測定系１と保持部３の保持体３１との間における被測定物ＳＰの全側面を閉塞する閉塞部材をさらに備えても良い。より具体的には、前記閉塞部材７は、例えば、図５に示すように、保持部３における保持体３１の平面ＳＦａと光学測定部１の測定面ＳＦｄとの間の長さよりも長い高さを持つ筒状体（中空柱状体）７で構成される。この筒状体７における一方端部の内側形状（内側の輪郭形状）は、その大きさが保持部３における保持体３１の平面ＳＦａ側の輪郭形状よりも若干大きく形成され、この筒状体７における一方端部の内周（内側側面）は、保持部３における保持体３１の平面ＳＦａ側の外周（側面）に当接して連結される。筒状体７における他方端部の内側形状（内側の輪郭形状）は、光学測定部１における測定面ＳＦｄの輪郭形状よりも若干大きく形成され、筒状体７における他方端部の内周（内側側面）は、光学測定部１における測定面ＳＦｄ側の外周（側面）に当接して連結される。本実施形態では、筒状体７における他方端部の内周（内側側面）は、フィゾー干渉計１Ａにおける基準光学素子１４の測定面ＳＦｄ側の外周（側面）に当接して連結される。本実施形態では、保持体３１および基準光学素子１４が矩形形状であるので、筒状体７の断面は、矩形形状となる。
【００５４】
このような第１変形形態における形状測定装置Ｍは、閉塞部材７によって、外部からの振動および音の侵入を防止でき、そして、空気の流通も防止できる。このため、このような形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰをさらにより安定的に保持できる。
【００５５】
図６は、実施形態における形状測定装置の第２変形形態を説明するための図である。図７は、実施形態における形状測定装置の第２変形形態において、保持部に対して光学測定系を移動させる場合における移動の様子を説明するための図である。図７（Ａ）は、移動前の状態を示し、図７（Ｂ）は、保持体３１に対し光学測定系１を紙面下方向（平行移動軸をＸとした場合に−Ｘ方向）に移動した場合の状態を示し、図７（Ｃ）は、保持体３１に対し光学測定系１を紙面上方向（＋Ｘ方向）に移動した場合の状態を示す。図８は、実施形態における形状測定装置の第２変形形態において、光学測定系に対して保持部を移動させる場合における移動の様子を説明するための図である。図８（Ａ）は、移動前の状態を示し、図８（Ｂ）は、光学測定系１に対し保持体３１を直線移動した場合を示し、図８（Ｃ）は、光学測定系１に対し保持体３１を回転移動した場合を示す。
【００５６】
また、上述の実施形態における形状測定装置Ｍでは、光学測定系１の測定面ＳＦｄは、被測定物ＳＰの保持領域と略同等の大きさであるが、形状測定装置Ｍの光学測定系１は、図６に示すように、その測定面ＳＰが被測定物ＳＰの保持領域より小さくなるように、構成されても良い。測定面ＳＦｄが大きいと、例えば、口径３００ｍｍや口径４５０ｍｍの半導体ウェハに応じた大きさの測定面ＳＦｄである場合、測定光学系１のコスト、重量、性能および品質等の点を対応しなければならなくなる。前記コストの点では、その価格が１桁ほど高くなる。前記重量の点では、測定光学系１を支持する等の周辺装置がその大重量に対応したものとしなければならず、形状測定装置Ｄ全体も大型化する。前記性能の点では、測定光学系１の光学素子がその自由により変形する虞があり、その対策が必要となる。特に、本実施形態における形状測定装置Ｄは、ナノメートルオーダー以下の高精度に測定するので、その対策が必要である。前記品質の点では、基準光学素子１４における基準平面の平坦度は、全面で数十ｎｍ以下に研磨する必要がある。このような形状測定装置は、光学測定系１を小型化できるので、これらの点の対応が容易になる。
【００５７】
この場合、被測定物ＳＰの他方面ＳＦｃは、その大きさよりも小さい測定面ＳＦｄと対向することになるので、上述のいわゆるダンピング効果が低減する。このため、この場合では、図６に示すように、形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰの保持領域よりも大きな大きさを持つ補助体８をさらに備える。より具体的には、補助体８は、例えば、平坦な平面を持ち、平面視にて、保持体３１よりも大きな矩形形状の板状体である。補助体８は、保持体３１と同様に、変形を防止するために、比較的高い剛性を有する剛体板で形成される。補助体８は、例えば、ステンレス鋼およびアルミニウム等の金属材料（合金を含む）によって形成される。そして、補助体８には、光学測定系１の測定面ＳＦｄを被測定物ＳＰに臨ませるために、光学測定系１の測定面ＳＦｄ側を嵌め込み可能な大きさの貫通開口８１が形成される。光学測定系１の測定面ＳＦｄ側は、その測定面ＳＦｄが補助体８における被測定物ＳＰと対向している面と面一となるように、この貫通開口８１に嵌め込まれて連結される。
【００５８】
そして、この場合では、光学測定系１の測定面ＳＦｄは、被測定物ＳＰの保持領域より小さいので、このままでは、形状測定装置Ｍは、被測定物ＳＰの保持領域全面を測定できない。そこで、この場合において、被測定物ＳＰ全面を測定可能とするために、形状測定装置Ｍは、前記鉛直方向と直交する平面内で光学測定系１の測定面ＳＦｄと保持部３の保持体３１とを相対的に移動する移動機構をさらに備えても良い。そして、このような移動機構が備えられる場合、上述の補助体８は、前記移動機構による移動範囲内のいずれの位置においても、被測定物ＳＰの保持領域全面と対向可能な大きさで構成される。前記移動機構は、例えば、図７に示すように、保持部３を固定し、この固定された保持部３に対し、光学測定系１の測定面ＳＦｄを移動するように構成されて良い。また例えば、前記移動機構は、例えば、図８に示すように、光学測定系１の測定面ＳＦｄを固定し、この固定された光学測定系１の測定面ＳＦｄに対し、保持部３を移動するように構成されて良い。前記移動機構は、例えば、互いに直交する２方向それぞれに移動対象物（例えば光学測定系１または保持体３１）を移動するいわゆるＸＹステージの移動機構であって良い。また例えば、前記移動機構は、図８に示すように、前記鉛直方向と直交する平面内で光学測定系１の測定面ＳＦｄと保持部３の保持体３１とを相対的に回転移動する回転移動機構と、前記平面内で光学測定系１の測定面ＳＦｄと保持部３の保持体３１とを相対的に直線移動する直線移動機構とを備えて構成されて良い。すなわち、前記移動機構は、前記鉛直方向と直交する平面内で移動対象物（例えば光学測定系１または保持体３１）を回転移動する回転移動機構と、前記平面内で前記移動対象物を直線移動する直線移動機構とを備えて構成されて良い。例えば、前記回転移動機構は、板状の第１移動体上に配設された減速機と第１モータとを備え、前記第１モータによって前記減速機を介して保持体３１を回転させ、前記直線移動機構は、板状の第２移動体上に配設されたボールねじと第２モータとを備え、前記第２モータによって前記ボールねじのねじ軸を回転させ、前記ボールねじのナットに連結された前記第１移動体を直線移動させる。そして、前記第２移動体は、調節機構３３３を介して支持体３３１によって支持される。なお、図８には、光学測定系１の測定面ＳＦｄから照射された測定光（第２測定光）によって照明された測定領域ＡＲが破線で示されている。移動対象物（例えば光学測定系１または保持体３１）の重量が比較的重い場合、移動対象物を直線移動させるよりも回転移動させる方がその機構が簡素であり、負担も軽い。このため、このような場合では、ＸＹステージの移動機構よりも、直線移動機構と回転移動機構とを組み合わせた移動機構の方が好適である。
【００５９】
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
【符号の説明】
【００６０】
Ｍ  形状測定装置
１  光学測定系
１Ａ  フィゾー干渉計
２  制御演算部
３  保持部
８  閉塞体
２２  形状演算部
３１  保持体
３２  保持片
３３  傾斜立設機構
３３１  支持体
３３３  調節機構
【図１】
0006301815.tif 000002
【図２】
0006301815.tif 000003
【図３】
0006301815.tif 000004
【図４】
0006301815.tif 000005
【図５】
0006301815.tif 000006
【図６】
0006301815.tif 000007
【図７】
0006301815.tif 000008
【図８】
0006301815.tif 000009