(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハの主面側及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ーハの主面に向けて照射された平行光の上記ウェー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ー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，
上記ウェーハを上記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，及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ーハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備してなり，
上記形状算出手段は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記２つの基準平面の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）と，上記主面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの主面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌａ（ｘ，ｙ）と，上記裏面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの裏面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌｂ（ｘ，ｙ）とに基づいて，上記ウェーハの計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を次式により求めるものである形状測定装置であって，
Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｔ（ｘ，ｙ）−Ｌａ（ｘ，ｙ）−Ｌｂ（ｘ，ｙ）
上記ウェーハの少なくとも１か所の任意位置での厚さを実測する絶対厚さ測定手段を具備し，
上記形状算出手段は，上記絶対厚さ測定手段でウェーハの厚さが実測される上記任意位置での上記計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）上における計算厚さが，その位置における上記絶対厚さ測定手段で実測された上記ウェーハの絶対厚さに等しくなるように上記計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を平行移動させて上記ウェーハの絶対厚さ分布を取得するものである形状測定装置。
【請求項２】
ウェーハの主面側及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ーハの主面に向けて照射された平行光の上記ウェー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ー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，
上記ウェーハを上記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，及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ーハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備してなり，
上記形状算出手段は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記２つの基準平面の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）と，上記主面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの主面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌａ（ｘ，ｙ）と，上記裏面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの裏面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌｂ（ｘ，ｙ）とに基づいて，上記ウェーハの計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を次式により求めるものである形状測定装置であって，  
Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｔ（ｘ，ｙ）−Ｌａ（ｘ，ｙ）−Ｌｂ（ｘ，ｙ）
上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像に基づいて，上記ウェーハの主面側及び裏面側にそれぞれ設置される光学系の角度ズレを調整する角度ズレ調整手段を具備してなる形状測定装置。
【請求項３】
ウェーハの主面側及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ーハの主面に向けて照射された平行光の上記ウェー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ー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，
上記ウェーハを上記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，及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ーハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備してなり，
上記形状算出手段は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記２つの基準平面の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）と，上記主面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの主面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌａ（ｘ，ｙ）と，上記裏面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの裏面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌｂ（ｘ，ｙ）とに基づいて，上記ウェーハの計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を次式により求めるものである形状測定装置であって，  
Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｔ（ｘ，ｙ）−Ｌａ（ｘ，ｙ）−Ｌｂ（ｘ，ｙ）
上記ウェーハを含む測定系全体が鉛直方向から若干傾斜した状態に設置され，上記ウェーハが鉛直方向から若干傾斜した状態で保持されてなる形状測定装置。
【請求項４】
上記角度ズレ調整手段は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像の干渉縞数若しくは干渉縞の濃淡変化が最小となるように上記２つの光学系の角度を調整する請求項２に記載の形状測定装置。
【請求項５】
上記角度ズレ調整手段は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像から求められる距離分布が最小となるように上記２つの光学系の角度を調整する請求項２記載の形状測定装置。
【請求項６】
上記傾斜が１〜１０度の範囲に設定されてなる請求項３記載の形状測定装置。
【請求項７】
上記ウェーハの自重撓みによる変形量を演算する変形量演算手段を具備し，
上記形状算出手段は，上記３つの干渉縞画像に基づいて得られた上記ウェーハの厚さ分布から上記変形量演算手段で得られた自重撓みによる変形量を減算する請求項３又は６記載の形状測定装置。
【請求項８】
上記ウェーハの厚さ分布を互いに重複部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分領域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚さ分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ分布を取得する請求項１〜７のいずれかに記載の形状測定装置。
【請求項９】
上記部分領域における上記厚さ分布は，ウェーハの平坦度評価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づいて計測されたものである請求項８記載の形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，干渉計を用いてウェーハの形状（厚さ分布）を測定する形状測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハの厚さ分布を測定する手法としては，例えば特開平１１−２６０８７３号公報に提案されているものが知られている。
上記公報に記載されているウェーハ形状測定装置Ｚ０は，図１１に示すように，エッジ部において鉛直保持されたウェーハ１の両面側に２つの光学測定系１０，２０が対向配置され，上記ウェーハ１の周縁に向けて厚さ測定部５０が配置されている。上記各光学測定系１０，２０は，それぞれ測定光１２，２２を出射する発光器１１，２１，上記測定光１２，２２を平行ビームとするコリメータレンズ１４，２４，上記平行ビームが透過する基準平面１５，２５，上記ウェーハ１の主面１ａ及び裏面１ｂで反射された測定光が上記基準平面１５，２５及び上記コリメータレンズ１４，２４等を経て入射される受光器１６，２６とを備えている。上記受光器１６，２６では，上記基準平面１５，２５での反射光と，上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂでの反射光とで形成される干渉縞が観測される。演算器１７では，上記受光器１６，２６で観測された干渉縞の画像に基づいて上記ウェーハ１の主面１ａ及び裏面１ｂの平面形状が演算され，上記厚さ測定部５０で測定されたウェーハ１の所定位置での厚さ実測値を基準として上記ウェーハ１の絶対形状（厚さ分布）が求められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のウェーハ形状測定装置Ｚ０で得られるウェーハ１の主面１ａ及び裏面１ｂの平面形状は，あくまでも上記基準平面１５，２５を理想平面と仮定した上でのものであって，実際に得られる平面形状は上記基準平面１５，２５の平面誤差が重畳されたものとなる。
ここで，上記基準平面の平面形状は，小基板（例えば直径１００ｍｍ以下）で且つ高精度に研磨された光学ガラス（オプティカルフラット）でもλ／２０（λは測定光の波長）程度以下にすることは困難，若しくは非常に高価となる。これが，大口径ウェーハの測定に適用できる例えば直径３００ｍｍの大口径の基板を基準平面にするとなると，自重撓みによる変形等の影響も無視できなくなり，また大口径基板の研磨精度も悪いことから，高精度な平坦面を実現することは更に困難となる。光源としてＨｅ−Ｎｅレーザを用いた場合，波長λは６３３ｎｍであり，λ／２０の平坦度は約３０ｎｍに相当する。従って，両面の測定で誤差が重畳することを考えると測定時の最大誤差は６０ｎｍオーダにもなるため，上記従来のウェーハ形状測定装置Ｚ０では高精度の形状測定を行うことは難しい。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的とするところは，基準平面の平面形状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能な形状測定装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために，本発明は，ウェーハの主面側及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ーハの主面に向けて照射された平行光の上記ウェー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ー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，上記ウェーハを上記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，及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ーハの厚さ分布を算出する形状算出手段とを具備してなり，
上記形状算出手段は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記２つの基準平面の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）と，上記主面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの主面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌａ（ｘ，ｙ）と，上記裏面側干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像より求められる上記ウェーハの裏面とそれに対向する上記基準平面との距離Ｌｂ（ｘ，ｙ）とに基づいて，上記ウェーハの計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を次式により求めるものである形状測定装置であって，
Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｌｔ（ｘ，ｙ）−Ｌａ（ｘ，ｙ）−Ｌｂ（ｘ，ｙ）
上記ウェーハの少なくとも１か所の任意位置での厚さを実測する絶対厚さ測定手段を具備し，
上記形状算出手段は，上記絶対厚さ測定手段でウェーハの厚さが実測される上記任意位置での上記計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）上における計算厚さが，その位置における上記絶対厚さ測定手段で実測された上記ウェーハの絶対厚さに等しくなるように上記計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を平行移動させて上記ウェーハの絶対厚さ分布を取得するものである形状測定装置として構成されている。
【０００５】
ここで，上記主面側の基準平面の平面形状をＲｅｆ１（ｘ，ｙ），上記裏面側の基準平面の平面形状をＲｅｆ２（ｘ，ｙ），ウェーハ主面の形状をＡ（ｘ，ｙ），ウェーハ裏面の形状をＢ（ｘ，ｙ）とすると，上記Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ）は次のように表される。
Ｌａ（ｘ，ｙ）＝Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ）−Ａ（ｘ，ｙ）＋ＯｆｆｓｅｔＡ
…  （２）
Ｌｂ（ｘ，ｙ）＝−｛Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）−Ｂ（ｘ，ｙ）｝
＋ＯｆｆｓｅｔＢ                        …  （３）
Ｌｔ（ｘ，ｙ）＝Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ）−Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）
＋Ｏｆｆｓｅｔ１２                      …  （４）
（但し，ＯｆｆｓｅｔＡ，ＯｆｆｓｅｔＢ，Ｏｆｆｓｅｔ１２はλ／２の整数倍，λは測定用光源の波長）
上記（２）〜（４）式を用いて上記（１）式は次のように変形できる。
Ｔ（ｘ，ｙ）＝Ｂ（ｘ，ｙ）−Ａ（ｘ，ｙ）＋ＯｆｆｓｅｔＣ（ＯｆｆｓｅｔＣはλ／２の整数倍）
…  （１）′
上記（１）′式より，上記（１）式で求められるウェーハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は，上記２つの基準平面の平面形状Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ），Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）に依存しない値であることがわかる。即ち，本発明によれば，基準平面の平面形状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能となる。
【０００６】
更に，上記ウェーハの少なくとも１か所の任意位置での厚さを実測する絶対厚さ測定手段を具備し，上記形状算出手段が，上記絶対厚さ測定手段でウェーハの厚さが実測される上記任意位置での上記計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）上における計算厚さが，その位置における上記絶対厚さ測定手段で実測された上記ウェーハの絶対厚さに等しくなるように上記計算上の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を平行移動させて上記ウェーハの絶対厚さ分布を取得するように構成することも可能である。
更に，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像に基づいて，上記ウェーハの主面側及び裏面側にそれぞれ設置される光学系の角度ズレを調整する角度ズレ調整手段を具備することが望ましい。これにより，光学系の角度ズレによる測定精度への悪影響を除去し，更に高精度の測定が可能となる。
ここで，上記角度ズレ調整手段は，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像の干渉縞数若しくは干渉縞の濃淡変化が最小となるように上記２つの光学系の角度を調整する，或いは，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像から求められる距離分布が最小となるように上記２つの光学系の角度を調整するように構成すればよい。
【０００７】
更に，上記ウェーハを含む測定系全体を鉛直方向から若干傾斜した状態に設置し，上記ウェーハが鉛直方向から若干傾斜した状態で保持されるようにすれば，上記ウェーハの支持点に対して垂直抗力が働いてウェーハの振動が抑えられるため，鉛直支持の場合に比べて上記ウェーハはより安定し，振動による測定精度への悪影響を排除できる。更に，ウェーハを水平に保持した場合と比べて上記垂直抗力による撓みは小さく，測定レンジを超えてしまうこともない。
このとき，測定値にはウェーハの自重撓みによる変形量が僅かながら重畳されているため，更に上記ウェーハの自重撓みによる変形量を演算する変形量演算手段を具備し，上記形状算出手段が，上記３つの干渉縞画像に基づいて得られた上記ウェーハの厚さ分布から上記変形量演算手段で得られた自重撓みによる変形量を減算するように構成することが望ましい。
【０００８】
また，上記ウェーハの厚さ分布を互いに重複部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分領域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚さ分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ分布を取得するように構成すれば，ウェーハが大口径となってもそれに応じた大型の測定光学系を用いる必要がなく，低コストの装置で大口径ウェーハの測定が可能となる。
このとき，上記部分領域は，ウェーハの平坦度評価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づいてウェーハの部分的領域の平坦度を評価することが望ましい。これにより，高精度の測定結果が必要な部分についてはサイトフラットネスによる高精度の測定結果が得られると共に，それら高精度の測定結果を合成して比較的精度要求の低い全体領域での測定結果を得るため，各部分領域の重複領域をそれほど大きく取る必要がない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下，添付図面を参照して本発明の実施の形態につき説明し，本発明の理解に供する。尚，以下の実施の形態は，本発明を具体化した一例であって，本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
ここに，図１は本発明の実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１の概略構成図，図２は上記形状測定装置Ｚ１における光学系の座標系，及び４つの距離分布Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），Ｔ（ｘ，ｙ）の定義を示す図，図３はＬａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），及びそれらを用いて求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）の関係を示す図，図４は変形例１に係る形状測定装置Ｚ１′の概略構成図，図５は厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）と厚さ実測値ｔとから絶対厚さ分布を求める手順の説明図，図６は光学測定系１０，２０の角度ズレの説明図，図７は変形例３に係るウェーハ１の支持状態を示す図，図８はウェーハ１上のサイトフラットネス領域の一例を示す図，図９は図８に係るサイトフラットネス領域に対する部分領域の設定の一例を示す図，図１０はウェーハ１の全面領域を測定する場合の部分領域の一例を示す図である。
【００１０】
本実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１は，図１に示すように，その基本的な装置構成は上記従来の形状測定装置Ｚ０とほぼ同様である。本形状測定装置Ｚ１が上記従来の形状測定装置Ｚ０と異なるのは，主として演算器１７′による演算処理の内容である。
まず，図１を用いて形状測定装置Ｚ１の概略構成を説明する。
形状測定装置Ｚ１では，測定対象となるウェーハ１が，エッジ部を図示しないクランプ等で保持することにより鉛直に支持されている。上記ウェーハ１の両面側には，２つの光学測定系１０，２０が対向配置されている。上記各光学測定系１０，２０は，それぞれ発光器１１，２１，ハーフミラー１３，２３，コリメータレンズ１４，２４，基準平面１５，２５，及び受光器１６，２６を備えている。また，上記受光器１６，２６は演算器１７′に接続されている。
【００１１】
上記発光器１１，２１から出射された測定光１２，２２は，上記ハーフミラー１３，２３を透過し，上記コリメータレンズ１４，２４において平行光とされた後，その一部が上記基準平面１５，２５を透過して上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂに照射される。上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂでの反射光は，再度上記基準平面１５，２５を透過し，上記コリメータレンズ１４，２４を経て上記ハーフミラー１３，２３で反射され，上記受光器１６，２６に入射する。また，上記基準平面１５，２５における反射光も，同様に上記コリメータレンズ１４，２４を経て上記ハーフミラー１３，２３で反射され，上記受光器１６，２６に入射する。ここで，上記ウェーハ１の主面１ａ，裏面１ｂでの反射光と上記基準平面１５，２５での反射光との光路差は，上記受光器１６，２６において干渉縞として観測される。上記受光器１６，２６において観測された干渉縞画像は，それぞれ上記演算器１７′に取り込まれる。ここで，上記受光器１６で得られたウェーハ１の主面１ａと基準平面１５とで形成される干渉縞画像をａ，上記受光器２６で得られたウェーハ１の裏面１ｂと基準平面２５とで形成される干渉縞画像をｂとする。
【００１２】
また，上記演算器１７′には，上記２つの干渉縞画像ａ，ｂの他に，上記基準平面１５と上記基準平面２５とで形成される干渉縞画像ｃが取り込まれる。上記干渉縞画像ｃは，上記ウェーハ１を上記２つの光学測定系１０，２０の間から取り除いた状態で，例えば発光器１１からの測定光の上記基準平面１５及び２５における反射光を上記受光器１６で受光することにより観測できる。また，発光器２１からの測定光の上記基準平面１５及び２５における反射光を上記受光器２６で受光するようにしてもよい。
ここで，上記受光器１６が主面側干渉縞画像取得手段の一例，上記受光器２６が裏面側干渉縞画像取得手段の一例，上記受光器１６若しくは受光器２６が基準平面干渉縞画像取得手段の一例である。
【００１３】
上記演算器１７′（形状算出手段の一例）では，上記干渉縞画像ａ〜ｃを用いて，次のような演算を行う。
まず，上記干渉縞画像ａ〜ｃに基づいて，基準平面１５とウェーハ主面１ａとの間の距離Ｌａ（ｘ，ｙ），基準平面２５とウェーハ裏面１ｂとの間の距離Ｌｂ（ｘ，ｙ），基準平面１５と基準平面２５との間の距離Ｌｔ（ｘ，ｙ）が求められる（図２参照）。
そして，上記３つの距離Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ）に基づいて，上記（１）式により上記ウェーハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）が求められる。
上記手順で得られたＬａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），及びそれらを用いて求められたウェーハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）の関係を図３に示す。
【００１４】
ここで，基準平面１５の平面形状をＲｅｆ１（ｘ，ｙ），基準平面２５の平面形状をＲｅｆ２（ｘ，ｙ），ウェーハ主面１ａの形状をＡ（ｘ，ｙ），ウェーハ裏面１ｂの形状をＢ（ｘ，ｙ）とすると，上記Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ）は上記（２）〜（４）式のように表される。上記（２）〜（４）式を用いると，上記（１）式は上記（１）′のように変形できる。
上記（１）′式より，上記（１）式で求められるウェーハ１の厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は，基準平面１５，２５の平面形状Ｒｅｆ１（ｘ，ｙ），Ｒｅｆ２（ｘ，ｙ）に依存しない値であることがわかる。
即ち，本実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１によれば，基準平面の平面形状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能となる。これにより，基準平面は必ずしも理想平面である必要がないため，装置の低コスト化が実現できる。
【００１５】
（変形例１）
上記実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１の構成では，上記（１）′式に示すように，求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）は未知のＯｆｆｓｅｔ量を含むものとなる。そこで，図４に示すように，更にウェーハ１の任意位置での厚さを実測する厚さ測定器５０（絶対厚さ測定手段に相当）を搭載すれば，得られた厚さ実測値ｔに基づいてウェーハ１の絶対厚さ分布を求めることが可能である。図５に，上記実施の形態で求められた厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）と上記厚さ測定器５０で得られた厚さ実測値ｔとから絶対厚さ分布を求める手順の概略を示す。即ち，厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）上における上記厚さ実測値ｔの測定点での値が上記厚さ実測値ｔと一致するように，上記厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）を平行移動させればよい。
【００１６】
（変形例２）
また，例えば図６に示すように，光学測定系１０に対する光学測定系２０の平行度が角度θだけずれていると，この角度θのズレに相当する傾斜誤差が，求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）に誤差として含まれてしまう。そこで，上記形状測定装置Ｚ１，Ｚ１′には，更に光学測定系１０，２０の平行度を調整する角度ズレ調整機構（不図示）を設けることが望ましい。
ここで，上記角度ズレ調整機構は，上記干渉縞画像ｃ（基準平面１５と基準平面２５とで形成される干渉縞画像），若しくはそれより得られる距離情報に基づいて上記角度ズレを調整することが可能である。即ち，基準平面１５と基準平面２５との平行度が一致した時には，例えば
▲１▼基準平面１５と基準平面２５とで形成される干渉縞画像ｃの干渉縞数が最小又は干渉縞の濃淡変化が最小となる，又は，
▲２▼干渉縞画像ｃから得られる形状（距離）分布が最小となる
という性質を利用して上記光学測定系１０，２０の平行度を調整することが可能である。
【００１７】
（変形例３）
上記の例で示した形状測定装置Ｚ１，Ｚ１′では，測定対象であるウェーハ１を垂直に支持するように構成されている。これは，重力による撓みの影響を排除するためである。例えばウェーハ１を水平にして例えばエッジ部で支持すると，ウェーハ１の自重による撓みが生じるため，測定されたウェーハ１の厚さ分布から重力による影響を取り除く必要があるが，このとき，重力による撓みの大きさが極端に大きくなり，測定レンジを超えてしまうことがある。
一方で，上記のようにウェーハ１を垂直に支持した場合には，支持の遊びによってウェーハが微小に振動し，測定に悪影響を及ぼすことが懸念される。
そこで，例えば図７に示すように，測定対象であるウェーハ１を鉛直から若干（１〜１０度程度）傾けた状態でそのエッジを支持（図７ではクランプ３０ａ〜３０ｃにより３点で支持）すれば，上記支持点に対して垂直抗力が働いて振動が抑えられるため，鉛直支持の場合に比べて上記ウェーハ１は安定する。この時，上記ウェーハ１の両側に設置される光学測定系１０，２０も同様に傾けて設置する必要がある。
ここで，測定された上記ウェーハ１の厚さ分布は，上記垂直抗力による撓み分が重畳されているため，これを差し引く必要がある。上記垂直抗力による撓み分は，予めウェーハ１の形状に関する情報（厚さ，半径，密度），ウェーハ１の弾性係数，図７で示す支持位置などから材料力学的に求めておくことが可能である（変形量演算手段）。ここで，上記のようにウェーハ１を鉛直から若干（１〜１０度程度）傾けた場合には，ウェーハ１を水平に保持した場合と比べて上記垂直抗力による撓みは小さく，測定レンジを超えてしまうこともない。
【００１８】
（変形例４）
近年，測定対象であるウェーハは大型化する傾向にあるが，それら大型のウェーハに対しては例えば大型の光学測定系を用いることで対応できる。しかしながら，大型の光学測定系になればなるほど，測定光の平行度，強度ムラ，可干渉性などについての厳しい要求を満たすことが困難となり，またコストも上昇する。そこで，上記形状測定装置Ｚ１，Ｚ１′においては，大口径のウェーハを対象とする場合にはその全面を一括測定できるような大型の光学測定系ではなく小型の光学測定系１０，２０を用い，ウェーハ１の測定領域を互いに重複部分を有する複数の部分領域に分割してそれら部分領域毎に厚さ分布測定を行い，それら部分領域毎の厚さ分布を，互いの重複部分を一致させるように合成して測定領域全体の厚さ分布を得るように構成してもよい。
この場合，上記部分領域として，ウェーハの平坦度評価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づく領域（以下，サイトフラットネス領域という）を用いることが望ましい。図８に，ウェーハ１上のサイトフラットネス領域の一例を示す。また，図９に，上記部分領域の取り方の一例を示す。図９では，４つのサイトフラットネス領域を１つの部分領域としている。各部分領域では，サイトフラットネスに要求される高精度（２０ｎｍ以下程度）にて厚さ分布測定を行い，各サイトフラットネス毎に測定結果を出力する。そして，測定領域全体の厚さ分布は，上記部分領域毎の測定結果を合成する。測定領域全体の結果は，サイトフラットネスと比べて要求精度は緩いため（グローバルフラットネス），上記サイトフラットネスの結果を合成することにより，それほど大きな重畳領域を確保することなく要求精度を満足する結果を得ることが可能である。
図１０は，ウェーハ１の全面領域を測定する場合の部分領域の一例を示す。例えばφ３００ｍｍウェーハの場合，φ６０ｍｍ程度の測定開口径を有する光学測定系を用いて，１回で測定可能な部分領域を□４０ｍｍ確保し，Ｎ＝８分割にてウェーハ全面で６４分割（実際には４隅不要のため６０分割）し，部分領域毎の測定を行うことが可能である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明は，ウェーハの主面側及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ーハの主面に向けて照射された平行光の上記ウェー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ー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，上記ウェーハを上記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，及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ー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ことを特徴とする形状測定装置として構成されているため，求められるウェーハの厚さ分布は，上記２つの基準平面の平面形状に依存しない値となる。即ち，基準平面の平面形状に依存せず高精度にウェーハの厚さ分布測定を行うことが可能となる。
【００２０】
更に，上記ウェーハの少なくとも１か所の絶対厚さを測定する絶対厚さ測定手段を具備し，上記形状算出手段は，上記絶対厚さ測定手段で得られた上記ウェーハの絶対厚さに基づいて上記ウェーハの絶対厚さ分布を算出するように構成することも可能である。
更に，上記基準平面干渉縞画像取得手段で得られた干渉縞画像に基づいて，上記ウェーハの主面側及び裏面側にそれぞれ設置される光学系の角度ズレを調整する角度ズレ調整手段を具備することが望ましい。これにより，光学系の角度ズレによる測定精度への悪影響を除去し，更に高精度の測定が可能となる。
【００２１】
更に，上記ウェーハを含む測定系全体を鉛直方向から若干傾斜した状態（例えば１〜１０度）に設置し，上記ウェーハが鉛直方向から若干傾斜した状態で保持されるようにすれば，上記ウェーハの支持点に対して垂直抗力が働いてウェーハの振動が抑えられるため，鉛直支持の場合に比べて上記ウェーハはより安定し，振動による測定精度への悪影響を排除できる。更に，ウェーハを水平に保持した場合と比べて上記垂直抗力による撓みは小さく，測定レンジを超えてしまうこともない。
このとき，測定値にはウェーハの自重撓みによる変形量が僅かながら重畳されているため，更に上記ウェーハの自重撓みによる変形量を演算する変形量演算手段を具備し，上記形状算出手段が，上記３つの干渉縞画像に基づいて得られた上記ウェーハの厚さ分布から上記変形量演算手段で得られた自重撓みによる変形量を減算するように構成することが望ましい。
【００２２】
また，上記ウェーハの厚さ分布を互いに重複部分を有する複数の部分領域毎に測定し，それら部分領域毎の厚さ分布を得ると共に，それら部分領域毎の厚さ分布情報を合成することによってウェーハ全体の厚さ分布を取得するように構成すれば，ウェーハが大口径となってもそれに応じた大型の測定光学系を用いる必要がなく，低コストの装置で大口径ウェーハの測定が可能となる。
このとき，上記部分領域は，ウェーハの平坦度評価に用いられるサイトフラットネスの定義に基づく領域とすることが望ましい。これにより，高精度の測定結果が必要な部分についてはサイトフラットネスによる高精度の測定結果が得られると共に，それら高精度の測定結果を合成して比較的精度要求の低い全体領域での測定結果を得るため，各部分領域の重複領域をそれほど大きく取る必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る形状測定装置Ｚ１の概略構成図。
【図２】  上記形状測定装置Ｚ１における光学系の座標系，及び４つの距離分布Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），Ｔ（ｘ，ｙ）の定義を示す図。
【図３】  Ｌａ（ｘ，ｙ），Ｌｂ（ｘ，ｙ），Ｌｔ（ｘ，ｙ），及びそれらを用いて求められる厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）の関係を示す図。
【図４】  変形例１に係る形状測定装置Ｚ１′の概略構成図。
【図５】  厚さ分布Ｔ（ｘ，ｙ）と厚さ実測値ｔとから絶対厚さ分布を求める手順の説明図。
【図６】  光学測定系１０，２０の角度ズレの説明図。
【図７】  変形例３に係るウェーハ１の支持状態を示す図。
【図８】  ウェーハ１上のサイトフラットネス領域の一例を示す図。
【図９】  図８に係るサイトフラットネス領域に対する部分領域の設定の一例を示す図。
【図１０】  ウェーハ１の全面領域を測定する場合の部分領域の一例を示す図。
【図１１】  従来技術に係る形状測定装置Ｚ０の概略構成図。
【符号の説明】
１…ウェーハ
１ａ…主面
１ｂ…裏面
１１，２１…発光器
１２，２２…測定光
１３，２３…ハーフミラー
１４，２４…コリメータレンズ
１５，２５…基準平面
１６，２６…受光器（主面側干渉縞画像取得手段，裏面側干渉縞画像取得手段，及び基準平面干渉縞画像取得手段の一例）
１７′…演算器（形状算出手段の一例）
５０…厚さ測定器（絶対厚さ測定手段の一例）
【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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【図１０】
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【図１１】
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