(57)【要約】【課題】  大型・重量化した基板の表面および裏面の両面形状を、作業性に優れ簡便にしかも高精度に測定できる基板の両面形状測定システムを提供する。【解決手段】  基板の両面形状測定システムは、主要な構成装置として、基板形状測定装置１、基板ハンドリング・ロボット２およびコンピュータ３を備える。基板形状測定装置１は、垂直状態に配置した縦型定盤４と、それに平行に被測定基板Ｐを保持する基板保持機構５と、変位計走査コラム６とを有し、被測定基板Ｐの両面形状を同時に測定する。基板ハンドリング・ロボット２は、未測定の被測定基板Ｐを垂直状態にして上記基板保持機構５に装着し、あるいは測定済みの被測定基板Ｐを基板保持機構５から取り外す。ここで、基板形状測定装置１および基板ハンドリング・ロボット２は、コンピュータ３により一括制御される。【選択図】  図１
2007057502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤の基準平面がほぼ垂直状態となるように配置された定盤と、被測定基板の板面が前記基準平面にほぼ平行になるように被測定基板を保持する保持機構と、前記定盤の基準平面と、前記保持機構によって保持された前記被測定基板の板面の一面との間に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記定盤の基準平面との距離を測定する第１の変位計および前記被測定基板の板面の一面との距離を測定する第２の変位計と、前記板面の一面に対向する他面側に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記板面の他面との距離を測定する第３の変位計と、を備えた基板形状測定装置と、
前記基板形状測定装置の前記保持機構への被測定基板の装着および前記保持機構からの前記被測定基板の取り外しを行う基板着脱装置と、
前記基板形状測定装置および前記基板着脱装置の動作を制御する処理制御装置と、
を有することを特徴とする基板の両面形状測定システム。
【請求項２】
前記基板着脱装置は、ハンドリング用ロボットのアーム先端に取り付けられたロボットハンドを有し、前記被測定基板を垂直状態にして前記保持機構への被測定基板の装着および前記保持機構からの前記被測定基板の取り外しを行うことを特徴とする請求項１に記載の基板の両面形状測定システム。
【請求項３】
前記保持機構への被測定基板の装着および前記保持機構からの前記被測定基板の取り外しの操作は、前記基板形状測定装置に内臓の制御部と前記基板着脱装置に内臓の制御部との間の通信手段を通して行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板の両面形状測定システム。
【請求項４】
前記処理制御装置は、前記基板形状測定装置の前記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計による測定結果に基づいて被測定基板の両面の表面形状を演算する演算手段を備えていることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の基板の両面形状測定システム。
【請求項５】
前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第１のＹ軸移動機構に前記第１の変位計と前記第２の変位計とが搭載され、
前記第１のＹ軸移動機構とは独立に前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第２のＹ軸移動機構に前記第３の変位計が搭載され、
前記第１のＹ軸移動機構と前記第２のＹ軸移動機構とが、前記基準平面における水平軸方向に移動可能なＺ軸移動機構に搭載されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板の両面形状測定システム。
【請求項６】
前記第１のＹ軸移動機構および前記第２のＹ軸移動機構がボールねじおよびそれに結合したスライドにより構成されていることを特徴とする請求項５に記載の基板の両面形状測定システム。
【請求項７】
前記Ｚ軸移動機構がＶ−Ｖころがり案内あるいはＶ−Ｖすべり案内により構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の基板の両面形状測定システム。
【請求項８】
前記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計が非接触レーザ変位計であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の基板の両面形状測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板、例えば大型・重量化した液晶用フォトマスク等の基板の表面および裏面の両面形状を簡便にしかも高精度に測定する基板の両面形状測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ基板のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アレイの製造においては、フォトマスク表面に形成された遮光膜からなるマスクパターンが、フォトリソグラフィ技術により露光投影され、上記液晶ディスプレイ基板となるマザーガラス上にパターン転写される。そして、このフォトリソグラフィ技術といわゆる加工技術とにより上記マザーガラス上にＴＦＴアレイが形成される。同様に、液晶ディスプレイ基板のカラーフィルターも染料含浸法と呼ばれるリソグラフィーを用いた方法により製造される。
【０００３】
上記マザーガラスは、1枚から多数の液晶ディスプレイ基板を製造できるようにするために益々その大型化が図られており、例えば、第8世代のマザーガラスは、縦横寸法が２１６０ｍｍ×２４６０ｍｍ程度、第9世代のそれは２４００ｍｍ×２８００ｍｍ程度になるといわれる。そして、これに伴い、ＴＦＴアレイ側およびカラーフィルター側のいずれの製造においても、大型化し重量化したフォトマスクが必要になる。例えば、上記フォトマスクは、縦横寸法が１５００ｍｍ×１８００ｍｍ以上になり、その板厚が２０ｍｍ程度にもなる。また、高精度のパターン転写を実施するために、これ等の大型フォトマスクの材料は線膨張係数の小さい合成石英ガラスが主に用いられる。このために、その重量は２００ｋｇ以上に達するようになる。
【０００４】
上記大型フォトマスクでは、フォトマスク全面にわたって上記マスクパターンが形成される表面の平坦度が重要な要素となる。そして、フォトマスクの個々においてその表面の平坦度を測定し、規格範囲内のものを選択する厳重な品質管理が必須になる。そこで、上記大型フォトマスクの表面の平坦度を測定する装置として、これまで種々のものが提案された（例えば、特許文献１，２を参照）。そして、その一部は既に実用に供され上記大型フォトマスクのような被測定基板の平坦度の管理に用いられている。
【０００５】
一方、上記液晶ディスプレイ基板は、ＶＧＡからＳＶＧＡ、ＸＧＡ、ＳＸＧＡ、ＵＸＧＡ、ＱＸＧＡと高精細化が益々進んできている。更には、低温ポリシリコンを用いて上記ＴＦＴを形成すると共に、ディスプレイの画素とは別にマザーガラスの外周部にドライバー用ＩＣを形成する方法が実用化されてきた。そして、これ等に伴って、ＴＦＴアレイ側のパターン転写の精度、特に上記パターンの露光投影における重ね合わせ精度の向上が益々要求されるようになってきている。
【０００６】
上記フォトリソグラフィにおけるパターン転写の高精度化は、フォトマスク全面にわたる上記フォトマスク表面の平坦度と共に、その対向するフォトマスク面（フォトマスクの裏面という）の平坦度の厳重な品質管理も必要としてきている。これについて図9を参照して説明する。ここで、図9（ａ）は、フォトマスク１０１の表面１０２が凸形状になり、裏面１０３形状が比較的に平坦となる場合である。図9（ｂ）は、フォトマスク１０１の表面１０２形状が比較的に平坦であり、裏面１０３が凹形状になる場合である。
図9（ａ）に示すように、フォトマスク１０１表面に凸形状があると、フォトマスク１０１の裏面１０３側から入射する実線の露光光１０４は、その表面１０２の凸形状により曲折を起してマザーガラス１０５表面の感光膜（不図示）を露光する。この露光光１０４の曲折のために、パターン転写において転写位置にズレが生じるようになる。ここで、図中の点線は、上記凸形状が無く光が直進する理想の光路を示している。そこで、上述したようにフォトマスク表面の平坦度を上げ理想の光路に近づけるようにして、上記ＴＦＴアレイ側のパターン転写の精度を向上させている。
【０００７】
また、図9（ｂ）の場合においても、その程度は小さいものの図9（ａ）の場合と同様のことが生じる。図9（ｂ）に示すように、露光光１０４が、凹形状を有する裏面１０３側から入射すると、その光路はそこで曲折して表面１０２に達する。そして、表面１０２において上記曲折の度合いが軽減されてマザーガラス１０５表面の感光膜（不図示）を露光する。このため、この場合においても上記パターン転写の転写位置のズレは、図9（ａ）の場合に比べて小さいけれども生じてしまう。
そして、上述した液晶ディスプレイの高精細化、あるいはドライバー用ＩＣの混載により上記パターン転写の高精度化が必要になってくると、フォトマスク裏面の凹凸形状によるパターン転写の位置ズレが問題として顕在化する。このために、理想の光路に近づけるようにフォトマスク裏面の平坦度を上げることが要求され、その平坦度の厳重な品質管理が必要になってきている。
【特許文献１】特開平３−９０８０５号公報
【特許文献２】特開２０００−５５６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記液晶用フォトマスクのように大型・重量化した基板の表面の形状および裏面の形状を、作業性に優れ簡便で高精度に測定できる基板の両面形状測定システムは未だ開発されていない。
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板、例えば大型・重量化した液晶用フォトマスクの表面および裏面の両面形状を、作業性に優れ簡便にしかも高精度に測定することができる基板の両面形状測定システムを提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明にかかる基板の両面形状測定システムは、定盤の基準平面がほぼ垂直状態となるように配置された定盤と、被測定基板の板面が前記基準平面にほぼ平行になるように被測定基板を保持する保持機構と、前記定盤の基準平面と、前記保持機構によって保持された前記被測定基板の板面の一面との間に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記定盤の基準平面との距離を測定する第１の変位計および前記被測定基板の板面の一面との距離を測定する第２の変位計と、前記板面の一面に対向する他面側に配置され、垂直面内において走査可能であり前記走査と共に前記板面の他面との距離を測定する第３の変位計と、を備えた基板形状測定装置と、前記基板形状測定装置の前記保持機構への被測定基板の装着および前記保持機構からの前記被測定基板の取り外しを行う基板着脱装置と、前記基板形状測定装置および前記基板着脱装置の動作を制御する処理制御装置と、を有する構成になっている。
【００１１】
上記発明において、前記基板着脱装置は、ハンドリング用ロボットのアーム先端に取り付けられたロボットハンドを有し、前記被測定基板を垂直状態にして前記保持機構への被測定基板の装着および前記保持機構からの前記被測定基板の取り外しを行う。そして、前記保持機構への被測定基板の装着および前記保持機構からの前記被測定基板の取り外しの操作は、前記基板形状測定装置に内臓の制御部と前記基板着脱装置に内臓の制御部との間の通信手段を通して行われる。
【００１２】
上記構成にすることで、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板、特に大型・重量化した液晶用フォトマスクの表面および裏面の両面形状を、作業性に優れ簡便にしかも高精度に測定することが可能になる。
【００１３】
上記発明において、前記処理制御装置は、前記基板形状測定装置の前記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計による測定結果に基づいて被測定基板の両面の表面形状を演算する演算手段を備えている。
【００１４】
そして、上記発明において、前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第１のＹ軸移動機構に前記第１の変位計と前記第２の変位計とが搭載され、前記第１のＹ軸移動機構とは独立に前記基準平面における垂直軸方向に移動可能な第２のＹ軸移動機構に前記第３の変位計が搭載され、前記第１のＹ軸移動機構と前記第２のＹ軸移動機構とが、前記基準平面における水平軸方向に移動可能なＺ軸移動機構に搭載されている。
【００１５】
上記構成にすることで、上記Ｙ軸移動機構およびＺ軸移動機構の移動運動において非常に高い真直度と高い位置決め精度が得られるようになる。これに伴って、上記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計は、定盤の基準平面に対して高精度で正確な走査が可能になる。そして、上記基準平面を基準面として、被測定基板の一面および他面の両面形状を同時にしかも高精度に測定することが可能になり、被測定基板の平坦度あるいは板厚分布が短時間で高精度に測定される。
【００１６】
本発明の好適な一態様では、前記第１のＹ軸移動機構および前記第２のＹ軸移動機構はボールねじおよびそれに結合したスライドにより構成され、前記Ｚ軸移動機構はＶ−Ｖころがり案内あるいはＶ−Ｖすべり案内により構成される。前記スライドとして、エアスライドを採用することにより、ボールねじによる位置決め時の振動による精度の劣化を防止することができる。
【００１７】
また、本発明の好適な一態様では、前記第１の変位計、第２の変位計および第３の変位計は非接触レーザ変位計により構成される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、大型・重量化した液晶用フォトマスクの表面および裏面の両面形状を、作業性に優れ簡便で高精度に測定する基板の両面形状測定システムを提供することができる。そして、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板において、その表面および裏面の両面形状を簡便に測定することができ、基板の両面の平坦度を短時間で高精度に測定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好適な実施形態について図１ないし図８を参照して説明する。図１はこの実施形態の基板の両面形状測定システムの一例を示す全体構成図である。図１に示すように、上記両面形状測定システムは、主要な構成装置として、基板形状測定装置１、基板ハンドリング・ロボット２（基板着脱装置）およびコンピュータ３（処理制御装置）を備えている。
【００２０】
上記基板形状測定装置１は、その詳細はその動作機構のところで後述されるが、垂直状態の基準平面を有する縦型定盤４、被測定基板Ｐを垂直状態に取り付ける基板保持機構５、被測定基板Ｐの表面形状および裏面形状を計測するための変位計走査コラム６および形状測定制御部７を備えている。この形状測定制御部７は、コンピュータ３に接続されており、上記基板保持機構５および変位計走査コラム６の動作を制御する。更に、形状測定制御部７は、後述する基板ハンドリング・ロボット２の基板ハンドリング制御部と双方通信するようになっている。
ここで、基板保持機構５には、図１に示すように、被測定基板Ｐを垂直状態に固定保持する一対の基板下部支持台５ａ、５ｂと基板上部支持台５ｃが設けられている。更に、上記基板保持機構５には、基板ハンドリング・ロボット２により被処理基板Ｐを着脱する際に用いられる一対のガイド溝８（８ａ、８ｂ）が設けられている。
【００２１】
基板ハンドリング・ロボット２は、例えばセラミックスから成る二本のフォーク状のロボットハンド９（９ａ、９ｂ）、該ロボットハンド９の自在な運動とフリーバランスを保証するロボットアーム１０、該ロボットアーム１０を支えるロボット本体１１、基板ハンドリング制御部１２および台座１３を備えている。ここで、ロボット本体１１および基板ハンドリング制御部１２は台座１３上に取り付けられ、台座１３と共に移動できるようになっている。ここで、ロボットハンド９の先端領域には、図１に示すように、例えばセラミックスから成る矩形枠状の支持部材１４が固定して取り付けられ、支持部材１４の上部および下部にはそれぞれ一対の基板把持用ツメ１５が設けられている。
【００２２】
被測定基板Ｐは、この基板把持用ツメ１５により垂直状態にクランプでき、ロボットハンド９によりフリーバランスがとられ移送される。また、被測定基板Ｐは、このロボットハンド９により垂直状態にされ、基板形状測定装置１の基板保持機構５との間で被測定基板Ｐの着脱がなされる。その詳細は後述するが、ロボットハンド９ａおよび９ｂが、それぞれガイド溝８ａおよび８ｂに挿入され、被処理基板Ｐの着脱が、基板保持機構５の基板下部支持台５ａ、５ｂおよび基板上部支持台５ｃと基板ハンドリング・ロボット２との間において垂直状態のままでなされる。
【００２３】
コンピュータ３は、図１に示しているように、測定装置本体１に隣接して配置され、例えばイーサネット（登録商標）を構成するケーブル１６によって基板形状測定装置１の形状測定制御部７に接続されている。ここで、コンピュータ３は、プロセッサ（ＣＰＵ）、メモリ（ＲＡＭ）、プログラム格納装置（ＨＤＤ）、フロッピドライブあるいは光ディスクなどのディスクドライブ、およびキーボードやマウスなどの入力デバイスを備えている。あるいは、ネットワーク・インタフェースおよび周辺インタフェースを備えていてもよい。
コンピュータ３は、基板の両面形状測定システムの動作の全体を制御する中央制御部であり、ＨＤＤに格納されたプログラムに従って上記システムを作動させる。また、後述する基板形状測定装置１の変位計の走査から得られた種々のデータを演算処理し、被測定基板Ｐの両面の平坦度あるいは基板の板厚を含む表面形状を算出してもよい。そして、基板の両面形状測定システムの動作状態あるいは上記算出結果が出力デバイスであるディスプレイ１７またはプリンタ１８から出力される。
【００２４】
上記基板の両面形状測定システムにおいては、例えば液晶用フォトマスクのように大型・重量化した基板は垂直状態にされ、基板ハンドリング・ロボット２により、基板形状測定装置１の基板保持機構５との間でその着脱が極めて容易になされる。また、基板の表面と裏面の形状は同時に短時間でしかも高精度に測定され、それ等の結果は、中央制御部であるコンピュータ３の出力デバイスにより表示される。
【００２５】
次に、本実施形態における基板の両面形状測定システムを構成する基板形状測定装置１の詳細とその動作機構について説明する。図２は基板形状測定装置１の斜視図であり、図３は被測定基板Ｐの両面形状を測定する変位計の走査部を説明するための斜視図である。
【００２６】
図２に示すように、上述した基板形状測定装置１の縦型定盤４は、金属製のベッド２１上の一端部に配置されている。この縦型定盤４としては、鋳物により構成するのが好適である。そして、この縦型定盤４の垂直面は、すり合わせ加工あるいはラップ加工され、その表面がニッケルメッキされた基準平面４ａを有している。この基準平面４ａは平坦度４００ｎｍ以下の高精度な平面形状になっている。
なお、上記縦型定盤４は、その他に金属、セラミックスあるいは石定盤といわれる例えばグラナイト等、高精度な平坦加工が可能な材質を用いることができる。
【００２７】
上記ベッド２１上における縦型定盤４の手前には、縦横の長さが例えば１６５０ｍｍ×１８５０ｍｍ程度で、板厚が２０ｍｍ程度の大型液晶用石英ガラス製フォトマスクなどの被測定基板Ｐを保持する基板保持機構５が配置されている。この基板保持機構５は金属製あるいはセラミックス製の保持部材２２を有している。この保持部材２２の一対の側柱２２ａの間には、それぞれモータ２２ｃによって駆動され上下に昇降可能に横架された横桁２２ｂが備えられており、この横桁２２ｂの上下動によって、被測定基板Ｐのサイズに合わせた支持調整ができるようになっている。
そして、被測定基板Ｐは、保持部材２２の下部の長手方向に離間して配置された一対の基板下部支持台５ａ、５ｂと、保持部材２２の上部の横桁２２ｂの長手方向のほぼ中央部に配置された基板上部支持台５ｃにより、垂直状態に保持される。ここで、これ等の基板支持台（５ａ、５ｂ、５ｃ）はサーボモータによって駆動され、サーボモータを駆動することによって上記基板支持台の位置制御がされ、被測定基板Ｐの板面を精度よく垂直状態に配置することができる。また、上記一対の基板下部支持部台５ａ、５ｂの離間距離は、被測定基板Ｐのサイズに合わせて自動あるいは手動で調整できるようになっている。
【００２８】
そして、図２，３に示すように、ベッド２１上において、縦型定盤４の基準平面４ａにおけるＺ軸方向（水平軸方向）に移動する構造の変位計走査コラム６（Ｚ軸移動機構）が配置されている。この変位計走査コラム６は、ベッド２１の上面に設けた一対のＶ溝２３に沿って直線運動するＶ−Ｖころがり案内により、図３に記すＺ軸方向に高精度に移動できるようになっている。
【００２９】
上記変位計走査コラム６は、大きな重量となる例えば金属製のテーブル２４、該テーブル２４上に設けられた第１のエアスライド２５（第１のＹ軸移動機構）と第２のエアスライド２６（第２のＹ軸移動機構）を有する。ここで、第１のエアスライド２５は、テーブル２４上にほぼ垂直に取り付けられた案内レール２７とボールネジ２８有し、その上部において固定板２９に保持されている。そして、第１のエアスライド２５の第１のスライダ３０は、テーブル２４に内蔵のモータ駆動のボールネジ２８により、案内レール２７に沿い上記基準平面４ａにおけるＹ軸方向（垂直軸方向）に高精度に移動するようになっている。
同様にして、第２のエアスライド２６は、テーブル２４上に垂直に取り付けられ別の案内レール３１とボールネジ３２有し、その上部において固定板２９に保持されている。そして、第２のエアスライド２６の第２のスライダ３３は、テーブル２４に内蔵のモータ駆動のボールネジ３２により、案内レール３１に沿い上記基準平面４ａにおけるＹ軸方向に高精度に移動するようになっている。上記案内レール２７，３１および第１のスライダ３０および第２のスライダ３３の材質は、軽量で剛性率の高い例えばアルミニウムまたはセラミックスであると好適である。
ここで、図３に示すように、第１のスライダ３０および第２のスライダ３３は、ボールネジ２８，３２のそれぞれのナット３４，３５に一体になるように取り付けられている。このために、テーブル２４内蔵のモータ駆動によるボールネジ２８，３２の回転運動に伴いＹ軸方向にそれぞれ移動する。
【００３０】
更に、図３に示すように、例えばアルミニウムあるいはセラミックスから成る一対の支柱３６が上記テーブル２４と固定板２９との間に垂直に取り付けられている。この一対の支柱３６は、変位計走査コラム６を補強するものでありその変形を防止する機能を有する。
【００３１】
そして、図３に示すように、第１のスライダ３０は、それに固定して取り付けられた第１の変位計３７および第２の変位計３８を備えている。同様に、第２のスライダ３３は、それに固定して取り付けられた第３の変位計３９を備えている。ここで、上記第１の変位計３７、第２の変位計３８および第３の変位計３９は、例えばレーザダイオードを備えた非接触レーザ変位計により構成されると好適である。
【００３２】
ここで、上記エアスライドは、Ｖ−Ｖころがり案内の場合と同様に、高い真直度を有している。また、その位置決めも高精度にできる。このために、変位計走査コラム６に搭載された上記第１の変位計３７、第２の変位計３８および第３の変位計３９は、後述するように、ほぼ垂直面内を走査するようになる。
【００３３】
基板形状測定装置１の形状測定制御部７は、上述したようなＶ−Ｖころがり案内による変位計走査コラム６のＺ軸駆動機構、エアスライド案内による第１のスライダ３０のＹ軸駆動機構および第２のスライダ３３のＹ軸駆動機構を、それぞれ所定のシーケンスにしたがって駆動するように制御する。ここで、上記Ｚ軸駆動機構および上記２つのＹ軸駆動機構の駆動部は、ステッピングモータ、ＤＣサーボモータあるいはＡＣサーボモータ等を有している。
また、形状測定制御部７は、基板保持機構５の横桁２２ｂの上下動の制御、基板下部支持台５ａ、５ｂおよび基板上部支持台５ｃの位置制御、等を行い、被測定基板Ｐの垂直状態の調整を行う。これ等の形状測定制御部７の制御動作は、上述したようにコンピュータ３からの指令信号によってなされる。
【００３４】
上記基板形状測定装置１の測定時における操作および動作は次のようになされる。図２において、被測定基板Ｐとして、例えば高さ１６５０ｍｍ（Ｈ）、幅１８５０ｍｍ（Ｗ）、板厚２０ｍｍの合成石英ガラス基板を基板保持機構５に装着する。ここで、被測定基板Ｐは、その下端縁を基板下部支持台５ａ、５ｂの所定の位置止めにのせて、その上端縁を基板上部支持台５ｃにおける所定の位置止めに当接させて、ほぼ垂直になるように立てかけられる。そして、形状測定制御部７からの制御信号に基づくサーボモータ駆動により上記横桁２２ｂを垂直下降させ、基板下部支持台５ａ、５ｂの二点と基板上部支持台５ｃの一点とにより、被測定基板Ｐは基板保持機構５に固定保持される。
そして、基板支持台（５ａ、５ｂ、５ｃ）の位置制御を行うことにより、被測定基板Ｐは、縦型定盤４の基準平面４ａと同様にほぼ垂直状態にされ、上記基準平面４ａとほぼ平行になるようにアライメント配置される。
【００３５】
そして、図２，３に示すように、上述した変位計走査コラム６は、その第１のエアスライド２５と第２のエアスライド２６の間に上記基板保持機構５を挟んだまま、一対のＶ溝２３に沿ってＺ軸方向（水平軸方向）に一定速度で直線運動する。また、それと共に、第１のスライダ３０および第２のスライダ３３を、それぞれ案内レール２７，３１に沿ってＹ軸方向（垂直軸方向）に一定速度で直線運動させる。また、第１のスライダ３０および第２のスライダ３３は互いに独立に直線運動してもよいし、同期した直線運動になるようにしてもよい。
【００３６】
ここで、上記Ｚ軸方向およびＹ軸方向の移動制御は、コンピュータ３により入力したプログラムに基づく形状測定制御部７からの制御信号を通し、変位計走査コラム６のＺ軸駆動機構、第１のスライダ３０のＹ軸駆動機構および第２のスライダ３３のＹ軸駆動機構を制御することによって行われる。そして、このＺ軸方向およびＹ軸方向により構成されるほぼ垂直面内において走査移動する、上記第１のスライダ３０および第２のスライダ３３に取り付けた第１の変位計３７、第２の変位計３８および第３の変位計３９による後述するような縦型定盤４の基準平面４ａからの図３に示すＸ軸方向の距離の計測を通して、被測定基板Ｐ全面に亘りその両面における表面形状および板厚分布を測定する。
【００３７】
次に、基板の両面形状測定方法について図４、図５を参照して説明する。ここで、図２および図３で説明したのと同一または類似の部分には共通の符号を付している。
図４は、例えば上述した第１のスライダ３０に互いに一体に取り付けられた一対の第１の変位計３７と第２の変位計３８、および第２のスライダ３３に取り付けられた第３の変位計３９によって、板面がほぼ垂直状態に設定された被測定基板Ｐの両面の表面形状を測定する実施形態の主要部を示している。ここで、第１の変位計３７は非接触レーザ変位計であり、これは第１のスライダ３７において縦型定盤４に対向し、縦型定盤４の基準平面４ａとの距離Ｌ１を測定する。また、第２の変位計３８も非接触レーザ変位計であり、第１のスライダ３０において被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１（例えば表面）に対向し、被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１との距離Ｌ２を測定する。そして、第３の変位計３９は非接触レーザ変位計であり、第２のスライダ３３において被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２（例えば裏面）に対向し、被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２との距離Ｌ３を測定する。
【００３８】
そして、第１の変位計３７および第２の変位計３８を、基準平面４ａにおけるＹ軸方向およびＺ軸方向により構成されるところのほぼ垂直面内を走査し、被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の各部における上記距離ＬＩおよびＬ２を計測していく。同時に、第３の変位計３９を上記第１の変位計３７および第２の変位計３８に同期して走査し、被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２の各部における上記距離Ｌ３を計測する。そして、被測定基板Ｐの各部における上記距離データはコンピュータ３において蓄積される。
【００３９】
図４において、第１および第２の変位計３７，３８は、共に第１のスライダ３０に一体に搭載されており、したがって上記変位計間の距離Ｌ０は一定となる。このために、図４に示す状態において、縦型定盤４の基準平面４ａと、被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の各部との距離をＲ１とすると、距離をＲ１は、Ｒ１＝Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２の計算により求めることができる。このようにして、図５に示すように、縦型定盤４の基準平面４ａを基準面にして距離Ｒ１を計測／算出し、この距離Ｒ１データはコンピュータ３に蓄積される。そして、被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の表面形状、平坦度が算出される。
【００４０】
図４において、縦型定盤４の基準平面４ａから第３の変位計３９までの距離Ａ０は、基板の両面測定装置の機械構造により決まっている。このため、この距離Ａ０を初めに全面に亘り一度計測しておき、それ以降の基板の両面測定においては上記距離Ａ０値をそのまま使用する。そして、基準平面４ａからの上記距離Ａ０のなす基準面は、図５に示したような仮想基準面ＳＰを構成する。
そして、上記距離Ａ０データおよび距離Ｌ３データから、図５に示すように、Ｒ２＝Ａ０−Ｌ３として、縦型定盤４の基準平面４ａを基準面にした距離Ｒ２の計測／算出をし、この距離Ｒ２データはコンピュータ３に蓄積される。そして、被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２の表面形状、平坦度が算出される。
更に、図５において、被測定基板Ｐの板厚ｔは、ｔ＝Ａ０−Ｌ３−Ｒ１＝Ｒ２−Ｒ１の計算により求めることができる。そして、被測定基板Ｐにおける板厚ｔの分布を算出し、板厚ｔのデータはコンピュータ３に蓄積される。
【００４１】
図４で説明した基板の両面形状測定方法は、第１の変位計３７および第２の変位計３８と第３の変位計３９の走査を同期させるものであった。この両面形状測定では、上記第３の変位計３９の走査を第１の変位計３７および第２の変位計３８の走査と非同期に行ってもよい。この場合、第１の変位計３７および第２の変位計３８の走査と距離計測により、図５に示したように被測定基板Ｐの第１の板面Ｓ１の縦型定盤４の基準平面４ａからの距離Ｒ１の分布を求める。同様にして、第３の変位計３９の走査と距離計測により、図５に示したように被測定基板Ｐの第２の板面Ｓ２の縦型定盤４の基準平面４ａからの距離Ｒ２の分布を求める。
【００４２】
次に、基板の両面形状測定システムを構成する基板ハンドリング・ロボット２を用いた被測定基板Ｐの着脱動作について図６，７，８を参照して説明する。図６は上記システムにおける主要な制御系統を示す図である。そして、図７は基板ハンドリング・ロボット２を用いた被測定基板Ｐの着脱を説明するための動作説明図である。また、図８は基板形状測定装置１の基板保持機構５に被測定基板Ｐを装着する動作説明図である。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付している。
【００４３】
図６に示すように、中央制御部であるコンピュータ３が、基板形状測定装置１の形状測定制御部７および基板ハンドリング・ロボット２の基板ハンドリング制御部１２を一括制御する構成になっている。これ等の制御は、コンピュータ３と形状測定制御部７と基板ハンドリング制御部１２を、例えばイーサネット（登録商標）に接続して行うと好適である。
形状測定制御部７は、コンピュータ３からの指令に従って、上述したように、被測定基板Ｐの表面形状を測定する場合に、制御対象である基板保持機構５と変位計走査コラム６の上述したような制御を行い、被測定基板Ｐの着脱の際には、基板保持機構５における基板支持台（５ａ、５ｂ、５ｃ）および保持部材２２の横桁２２ｂの上下動の制御を行う。
基板ハンドリング制御部１２は、コンピュータ３からの指令に従って、被測定基板Ｐの着脱の際に、制御対象である後述するロボット位置決め機構とロボットハンド作動機構の制御を行う。
更に、図６に示したように、上記形状測定制御部７および基板ハンドリング制御部１２は、コンピュータ３を介さないで、例えば上記イーサネット（登録商標）を通した通信手段により直接に双方通信するようにもなっている。
【００４４】
図７に示すように、被測定基板Ｐの装着の動作では、破線で示した基板ハンドリング・ロボット２は、カセット４０に保管されている中から未測定の被測定基板Ｐを取り出し、その旋回動作と移動動作により基板形状測定装置１まで移送する。ここで、基板ハンドリング・ロボット２の台座１３には、上記ロボット位置決め機構である旋回機構と移動機構（不図示）が具備されており、基板ハンドリング・ロボット２は、このロボット位置決め機構により基板形状測定装置１の前の所定の決められた場所に位置決めされる。
そして、基板ハンドリング・ロボット２のロボット本体１１に内蔵するロボットハンド作動機構により、ロボットハンド９の適切な動作が行われる。このロボットハンド９の動作により、その上の支持部材１４の基板把持用ツメ１５で垂直状態にクランプされた被測定基板Ｐが、基板表面測定装置１の基板保持機構５の基板支持台（５ａ、５ｂ、５ｃ）に装着される。
【００４５】
上記被測定基板Ｐの装着において、図８に示すように、初めロボットハンド９およびその上の支持部材１４は垂直状態から少し傾斜した姿勢制御がとられるとよい。そして、ロボットハンド作動機構により基板保持機構５の正面の所定位置のところで、ロボットハンド９およびその上の支持部材１４を垂直状態の姿勢に制御し、基板把持用ツメ１５が被測定基板Ｐを垂直状態にクランプする。そして、基板保持機構５の横桁２２ｂの上昇状態において、ロボットハンド作動機構は、基板保持機構５に取り付けた位置センサ（不図示）を通した誘導によりロボットハンド９を所定位置までガイド溝８に挿入する。
なお、上記傾斜した姿勢制御は必ずしもしなくてよく、初めから支持部材１４を垂直状態にしても構わない。但し、この場合は、基板把持用ツメ１５による被測定基板Ｐのクランプを確実にし、被測定基板Ｐの脱落が生じないようにする。
【００４６】
上記ロボットハンド９の挿入において、形状測定制御７と基板ハンドリング制御部１２の間における直接の双方通信を通し、ロボットハンド９およびガイド溝８相互間の迅速で精確な位置決め制御がなされる。そして、基板下部支持台５ａ、５ｂの所定の位置止め４１ａおよび４１ｂに被測定基板Ｐをのせ、形状測定制御部７からの制御信号に基づくサーボモータ駆動により上記横桁２２ｂを垂直下降させて、基板上部支持台５ｃの所定の位置止め４１ｃで被処理基板Ｐの上端縁を押圧する。そして、所定の押圧（例えば１ｋｇ圧力の印加）の時点でサーボモータ駆動を停止し、基板下部支持台５ａ、５ｂの二点と基板上部支持台５ｃの一点とにより、被測定基板Ｐを基板保持機構５に固定保持する。
このようにした後に、ロボットハンド作動機構が基板把持用ツメ１５のクランプを解除しロボットハンド９を基板保持機構５から後退させる。この基板把持用ツメ１５のクランプ解除においても、形状測定制御７と基板ハンドリング制御部１２の間における直接の双方通信がなされ、基板保持機構５による被測定基板Ｐの固定保持とのタイミング制御がなされる。
以上のようにして、大型・重量化した被測定基板Ｐが自動制御の下に簡便に基板保持機構５に装着される。
【００４７】
また、その説明は省略するが、基板形状測定装置１により測定された被測定基板Ｐは、上記装着と全く逆過程を経て基板保持機構５から取り外される。そして、基板把持用ツメ１５によりクランプされた測定済みの被測定基板Ｐは、基板ハンドリング・ロボット２により移送され、測定済み用の別のカセットに格納される。
【００４８】
上記実施形態における基板の両面形状測定システムを構成する基板形状測定装置１は、ベッド２１上の一端部にほぼ垂直状態に配置した縦型定盤４の基準平面４ａと、それにほぼ平行に被測定基板Ｐを保持する基板保持機構５と、変位計走査コラム６とを有する。ここで、変位計走査コラム６は、第１の変位計３７と第２の変位計３８が搭載された第１のエアスライド２５、第３の変位計３９が搭載された第２のエアスライド２６および一対の支柱３６を一体構造になるように備えており、上記ベッド２１上において一対のＶ溝２３に沿って上記基準平面４ａにおける水平軸方向に移動できるようになっている。また、変位計走査コラム６上において第１のエアスライド２５および第２のエアスライド２６は上記基準平面４ａにおける垂直軸方向に移動するようになっている。
このために、変位計走査コラム６の水平軸方向の直線運動において非常に高い真直度と位置決め精度が得られるようになる。同様に、第１のエアスライド２５および第２のエアスライド２６の垂直軸方向の直線運動において非常に高い真直度と高い位置決め精度が得られるようになる。
そして、これに伴い、上記第１のエアスライド２５に搭載した第１の変位計３７と第２の変位計３８および第２のエアスライド２６に搭載した第３の変位計３９は、上記基準平面４ａに対して高精度で正確な走査が可能になる。
そして、第１の変位計３７と第２の変位計３８により、上記縦型定盤４の基準平面４ａを基準面とし被測定基板Ｐの板面の一面の表面形状を精密に測定することができる。同時に、第３の変位計３９により、上記基準平面４ａを基準面とし被測定基板Ｐの板面の他面の表面形状を精密に測定することができる。そして、これ等の表面形状の測定精度は１μｍ以下になる。
【００４９】
また、上記実施形態における基板の両面形状測定システムを構成する基板ハンドリング・ロボット２は、上記基板形状測定装置１に対する大型・重量化した被測定基板Ｐの着脱と、大型・重量化した被測定基板Ｐの移送を自動的に行う。
【００５０】
そして、上記実施形態における基板の両面形状測定システムを構成するコンピュータ３は、上記基板形状測定装置１と基板ハンドリング・ロボット２を一括制御する。また、上記基板ハンドリング・ロボット２による大型・重量化した被測定基板Ｐの着脱においては、基板形状測定装置１に備えられた形状測定制御部７と基板ハンドリング・ロボット２に備えられた基板ハンドリング制御部１２間で直接の双方通信が行われる。これにより、上記被測定基板Ｐの迅速で精確な装着とその極めて安全な取り外しとが可能になる。
【００５１】
このように、上記実施形態における基板の両面形状測定システムは、大型・重量化した基板である例えば液晶用フォトマスクのような被測定基板Ｐの両面形状を、作業性に優れ簡便で高精度に測定することができる。そして、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板においても、その表面および裏面の両面形状を簡便に測定することができ、基板の両面の平坦度を短時間で高精度に測定することができる。
【００５２】
本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。例えば、被測定基板Ｐをロボットハンド９に載置し支持部材１４の基板把持用ツメ１５にクランプする代わりに、被測定基板Ｐの縁端部を吸着パッドに真空吸着させる構成であってもよい。
また、ベッド２１上において、縦型定盤４の基準平面４ａにおける水平軸方向に移動する構造の変位計走査コラム６は、Ｖ−Ｖすべり案内により移動できる構成になっていてもよい。
また、テーブル２４上に設けられる第１のエアスライド２５と第２のエアスライド２６はリニアモータにより垂直軸方向に移動できる構成になっていてもよい。
また、被測定基板Ｐの平坦度あるいはその板厚を含む表面形状の算出は、上記実施形態のようなコンピュータ３の他にも形状測定制御部７で行える構成にしてもよい。
また、本発明では、被処理基板Ｐの縦横寸法は自在に変更でき、その最小寸法が１００ｍｍ×３００ｍｍまで可能となるようにすることもできる。そして、上記液晶用石英ガラス製フォトマスク以外にも、基板の両面形状が重要な要素となる被測定基板には同様に適用できるものである。例えば、被処理基板として半導体ウェーハの両面形状測定においても効果的に適用できる。
また、上記変位計としては、他にエアースケールセンサ方式、渦電流方式あるいは静電容量方式等も知られており、これ等は被測定基板を構成する物質に応じて適宜選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明にかかる基板の両面形状測定システムを示す構成図。
【図２】同システムを構成する基板形状測定装置の斜視図。
【図３】図２に示した基板形状測定装置の変位計走査部を示す斜視図。
【図４】被測定基板の両面形状を測定する主要部を示した模式図。
【図５】被測定基板の両面形状測定および板厚測定を示す模式図。
【図６】本発明にかかる基板の両面形状測定システムの制御系統図。
【図７】本発明にかかる基板の両面形状測定システムにおける基板ハンドリング・ロボットを用いた被測定基板の着脱を説明するための動作説明図。
【図８】本発明にかかる基板の両面形状測定システムにおける基板形状測定装置への被測定基板の装着を示す動作説明図。
【図９】フォトマスクに露光した場合の光路を説明するための模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１  基板形状測定装置
２  基板ハンドリング・ロボット
３  コンピュータ
４  縦型定盤
４ａ  基準平面
５  基板保持機構
５ａ、５ｂ  基板下部支持台
５ｃ  基板上部支持台
６  変位計走査コラム
７  形状測定制御部
８（８ａ、８ｂ）  ガイド溝
９（９ａ、９ｂ）  ロボットハンド
１０  ロボットアーム
１１  ロボット本体
１２  基板ハンドリング制御部
１３  台座
１４  支持部材
１５  基板把持用ツメ
１６  ケーブル
１７  ディスプレイ
１８  プリンタ
２１  ベッド
２２  保持部材
２２ａ  側柱
２２ｂ  横桁
２２ｃ  モータ
２３  Ｖ溝
２４  テーブル
２５  第１のエアスライド
２６  第２のエアスライド
２７，３１  案内レール
２８，３２  ボールネジ
２９  固定板
３０  第１のスライダ
３３  第２のスライダ
３４，３５  ナット
３６  支柱
３７  第１の変位計
３８  第２の変位計
３９  第３の変位計
４０  カセット
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ  位置止め
【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】
2007057502.tif 000008
【図７】
2007057502.tif 000009
【図８】
2007057502.tif 000010
【図９】
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