(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に楕円形の凹所を有する被測定物支持台と、前記凹所内に液体を供給するための手段とを有し、前記凹所に供給した前記液体の表面に薄板状被測定物を浮かせるようにしたことを特徴とする薄板状被測定物の保持装置。
【請求項２】
前記凹所内から前記液体を排出するための手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の薄板状被測定物の保持装置。
【請求項３】
被測定物支持台が前記凹所の底面に開口を有し、前記開口から前記凹所内に前記液体を供給し又は排出することを特徴とする請求項１又は２に記載の薄板状被測定物の保持装置。
【請求項４】
前記凹所の底面が凹凸に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の薄板状被測定物の保持装置。
【請求項５】
前記液体が水であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の薄板状被測定物の保持装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載される被測定物支持台の前記凹所内に薄板状被測定物を配置する過程と、前記凹所内に前記液体を供給してその液面に前記被測定物を浮かせる過程とを含むことを特徴とする薄板状被測定物の保持方法。
【請求項７】
前記凹所内から前記液体を排出する過程と、前記凹所内から前記被測定物を搬出する過程を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の薄板状被測定物の保持方法。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載される薄板状被測定物の保持装置と、Ｘ線源及びＸ線検出器を有するＸ線光学系とを備えることを特徴とする水晶板のカット面検査装置。
【請求項９】
請求項１乃至５のいずれかに記載される被測定物支持台の前記凹所内に水晶板を配置する過程と、前記凹所内に前記液体を供給してその液面に前記水晶板を浮かせる過程と、前記水晶板の表面にＸ線を照射し、その回折Ｘ線を検出する過程とを含むことを特徴とする水晶板のカット面検査方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれかに記載される薄板状被測定物の保持装置と、レーザ干渉計を有する平坦度測定器とを備えることを特徴とする平坦度測定装置。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載される被測定物支持台の前記凹所内に薄板状被測定物を配置する過程と、前記凹所内に前記液体を供給してその液面に前記薄板状被測定物を浮かせる過程と、レーザ干渉計を用いて前記被測定物にレーザ光を照射し、その反射光により形成される干渉縞から前記被測定物の平坦度を測定することを特徴とする平坦度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水晶ウエハ又はチップのような水晶板、半導体ウエハ等の薄板状物品に対して非接触式で各種測定又は検査を行う際に、このような薄板状被測定物を保持するための装置及び方法に関する。更に本発明は、水晶板のカット面検査装置及び検査方法、並びに薄板状被測定物の平坦度測定装置及び測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に水晶振動子等の水晶デバイスに使用される水晶チップは、人工水晶の棒材からウエハを切り出して形成される。水晶板内部の結晶格子面に対するカット面の傾斜角度は、水晶振動子の周波数特性を決定することから、これを高精度に測定することは重要である。水晶ウエハのカット面を検査する場合、例えば特開平９−３３４５７号公報等に記載されるように、水晶ウエハにＸ線を照射してその内部の結晶格子面で回折されるＸ線を測定し、カット面のずれ量を測定するカット面検査装置が広く使用されている。
【０００３】
これらの従来装置では、図５Ａに示すように、水晶ウエハ１は複数の突起２を設けた回転可能な試料台３上に載置し、空気孔４からの負圧作用により吸引して保持される。Ｘ線源５から試料台３の中央溝６を通してＸ線を水晶板の下面に照射し、試料台３の角度位置を変えながら、回折されたＸ線を反対側のＸ線検出器７で検出する。検出したＸ線強度が最大となる試料台の角度位置から、所定の基準傾斜角に対するカット面のずれ即ち偏差角度が求められる。
【０００４】
特開平６−１７４６６２号公報には、図５Ａの突起に代えて放射方向に延びる３本の突条を試料台に形成しかつその中心に空気孔を配置し、水晶板をその形状又は大きさによらず安定して吸引保持するようにしたカット面検査装置が開示されている。更に別の従来例では、図６に示すように、吸着パッド８を有するウエハ固定部９に水晶ウエハ１を垂直に吸着保持して、重力による水晶ウエハの変形を防止している。
【０００５】
また、半導体ウエハやハードディスク、光ディスク等の薄板状物品の平坦度やうねり等の表面状態、寸法等を非接触式で測定するために、様々な平坦度測定装置又は方法が開発されている。例えば特開２０００−１７１２４１号公報には、被測定物の半導体ウエハをウエハホルダ上に水平に載せて吸着保持し、レーザ干渉計によりレーザ光の干渉縞を形成させて平坦度を測定したり、光学式又は超音波式測距センサを用いた平坦度測定装置が記載されている。別の公知の平坦度測定装置では、図７に示すように等間隔で平行に架設した水平ワイヤ１０を有するワイヤセット式のウエハ支持台を使用し、その上に被測定物のウエハ１１を水平に載せて、レーザ干渉計により表面状態を測定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のカット面検査装置や平坦度測定装置において被測定物を吸引保持する方法では、図５Ｂ及び図６に示すように、水晶ウエハが吸着力による反り１´などの変形を起こし、適正にかつ高精度に測定できなくなる虞がある。しかも、この変形は水晶ウエハの厚さが薄くなるほど起こり易いという問題がある。
【０００７】
また、図７に示す従来のワイヤセット式のウエハ支持台においても、水平なウエハ１１の下面をいくつかの線で支持しているだけであるから、その厚さが薄くなるほど、図７Ｂに示すような自重による反り１１´などの変形を起こす虞がある。また、被測定物がコンベックス形状の水晶チップである場合には、その表面が湾曲しているので、水平ワイヤ１０上に水平に載置されない虞がある。このため、図７Ｃに示すように、水晶チップ１２の中心線１３が水平線１４と平行にならず、適正に測定できないという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、非接触式で測定又は検査を行うために薄板状被測定物を保持する際に、これを適正な姿勢で支持しかつその反り等の変形を防止し、常に適正にかつ高精度に測定又は検査できるようにするための装置及び方法を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、水晶板を適正な姿勢で支持しかつその反り等の変形を防止し、常に結晶格子面に対するカット面の傾斜角度を適正にかつ高精度に測定できる検査装置及び検査方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に別の目的は、薄板状被測定物をを適正な姿勢で支持しかつその反り等の変形を防止し、常にその表面状態を適正にかつ高精度に測定できる平坦度測定装置及び測定方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的を達成するために、上面に凹所を有する被測定物支持台と、前記凹所内に液体を供給するための手段とを有し、前記凹所に供給した前記液体の表面に薄板状被測定物を浮かせるようにしたことを特徴とする薄板状被測定物の保持装置が提供される。
【００１２】
薄板状被測定物は、液体の表面張力により比較的容易に液面に浮かせることができ、その下面全体が均等な力で支持されることから、様々な非接触式の測定や検査を行う際に、反り等の変形を生じることなく本来の形状を維持したまま水平に保持することができる。
【００１３】
ここで、前記液体は、その表面張力が大きく、取扱い性及び安全性が優れていることから、水であることが好ましい。
【００１４】
或る実施例では、凹所内から液体を排出するための手段を更に有する。
【００１５】
更に、被測定物支持台が凹所の底面に開口を有し、該開口から凹所内に液体を供給し又は排出するようになっていると、凹所へ被測定物を配置し、被測定物を浮かせ、かつ／又は取り出す過程が容易になるので、好ましい。
【００１６】
別の実施例では、凹所の底面が凹凸に形成されていると、液体を供給する際に被測定物の下面全体に広がり易くなるので、より容易に浮かせることができ、また液体を排出する際に、被測定物の下面が液体の表面張力で凹所底面に貼り付く虞が無いので、好都合である。
【００１７】
また、別の実施例では、凹所を真円形以外の形状とすることにより、凹所内壁面と液面に浮かせた被測定物の周縁との距離が異なるため、凹所内壁面に沿って表面張力により生じる液体の盛り上がりから被測定物に作用する力に強弱が生じるので、被測定物が凹所の略中央にかつ静止状態に保持されるので好ましい。
【００１８】
また、本発明の別の側面によれば、上述した本発明の被測定物支持台の凹所内に薄板状被測定物を配置する過程と、該凹所内に液体を供給してその液面に被測定物を浮かせる過程とを含むことを特徴とする薄板状被測定物の保持方法が提供される。
【００１９】
或る実施例では、凹所内から液体を排出する過程と、凹所内から被測定物を搬出する過程を更に含むことにより、被測定物の取出しが容易に行われる。また、使用する液体は、表面張力の大きさ、取扱い性及び安全性の観点から、水であることが好ましい。
【００２０】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の薄板状被測定物の保持装置と、Ｘ線源及びＸ線検出器を有するＸ線光学系とを備えることを特徴とする水晶板のカット面検査装置が提供され、従来のＸ線光学系との組合せにより、適正かつ高精度な水晶板のカット面検査が可能になる。
【００２１】
また、本発明によれば、上述した本発明の被測定物支持台の凹所内に水晶板を配置する過程と、該凹所内に液体を供給してその液面に水晶板を浮かせる過程と、該水晶板の表面にＸ線を照射し、その回折Ｘ線を検出する過程とを含むことを特徴とする水晶板のカット面検査方法が提供され、従来から公知の方法を利用して水晶板のカット面検査を適正にかつより高精度に行うことができる。
【００２２】
更に本発明の別の側面によれば、上述した本発明の薄板状被測定物の保持装置と、レーザ干渉計を有する平坦度測定器とを備えることを特徴とする平坦度測定装置が提供され、同様に従来のレーザ干渉計との組合せにより、適正かつ高精度な平坦度測定が可能になる。
【００２３】
また、本発明によれば、上述した本発明の被測定物支持台の凹所内に薄板状被測定物を配置する過程と、該凹所内に液体を供給してその液面に被測定物を浮かせる過程と、レーザ干渉計を用前記被測定物にレーザ光を照射し、その反射光により形成される干渉縞から被測定物の平坦度を測定することを特徴とする平坦度測定方法が提供され、従来から公知の方法を利用して薄板状被測定物の平坦度測定を適正にかつより高精度に行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照しつつ本発明の好適実施例について詳細に説明する。図１は、非接触式検査又は測定のために薄板状被測定物として水晶ウエハを保持するための本発明による保持装置の構成を概略的に示している。この保持装置は、直方体ブロック状のウエハ支持台２０を有し、その上面には、図１Ａに良く示すように楕円形の凹所２１が設けられている。図１Ｂに示すように、凹所２１の底面には、その中央に給排水口２２が開設され、管路を介してポンプ２３及び給水タンク２４に接続されている。
【００２５】
使用時には、図２に示す要領で凹所２１内に給水タンク２４から所定量の水２５を好適には純水を注入し、その水面に表面張力で被測定物の水晶ウエハ２６を浮かせる。先ず、水晶ウエハ２６を搬送アーム２７の下端に吸着させてウエハ支持台２０の上方に搬送し（図２Ａ）、空の凹所２１の底面中央に載置する（図２Ｂ）。次に、ポンプ２３を作動させて給水タンク２４から水を送給し、給排水口２２から凹所２１内に注入する。水晶ウエハ２６は、その下側に給排水口２２が開口しているので、水２５の注入で容易に浮かせることができる（図２Ｃ）。水の注入量は、水晶ウエハ２６を確実に浮かせることができる程度の量であればよい。
【００２６】
このとき、凹所２１の内壁面には、その全周に亘って水２５の表面張力による盛り上がり部２８が形成される。図１Ａ及びＢに示すように、盛り上がり部２８の表面張力により凹所内壁面の全周から一様な力ｆが作用するので、そのバランスによって水晶ウエハ２６は凹所２１の中心位置に保持される。
【００２７】
本実施例では、凹所２１の平面形状を楕円形に形成したことから、実際に水晶ウエハ２６に作用する力は、凹所内壁面の角度位置によって、凹所内壁面と水晶ウエハ周縁との距離が異なるために強弱が生じるので、水晶ウエハ２６は静止状態に保持される。ところが、凹所２１を真円形にした場合には、凹所内壁面の角度位置によらず水晶ウエハ２６に作用する力が一定となるので、水晶ウエハは僅かな力のアンバランスや外力の作用で回転し、静止状態を維持できなくなる虞がある。また、凹所２１の内壁面と水晶ウエハ２６の周縁との距離が大きくなるに連れて、真円形以外の形状でも、同様の問題が考えられる。従って、凹所２１の平面形状は、少なくとも注入される水２５の高さにおいて、実質的に真円形以外の形状（例えば、本実施例の楕円形）とし、かつその大きさを、凹所への水晶ウエハの配置及び取出しが可能な範囲で小さくするのが、スペース効率の点からも好ましい。
【００２８】
このようにして水晶ウエハ２６は、その下面全面が水２５によって均等な力で支持されるので、自重による反り等の変形を生じる虞が無く、かつ水平に保持される。この状態で、水晶ウエハ２６には、カット面の傾斜角度や平坦度の測定、表面状態の検査を含む様々な非接触式の測定又は検査を適正にかつ高精度に行うことができる。
【００２９】
水晶ウエハ２６について所望の測定又は検査を行った後、ポンプ２３を逆向きに作動させ、凹所２１内の水２５を給排水口２２から排出して給水タンク２４に戻す（図２Ｄ）。水２５が完全に抜けると、再び搬送アーム２７を用いて水晶ウエハ２６を吸着し、凹所２１から取り出す。凹所２１の底面が平坦かつ円滑であると、排水時に水の表面張力で水晶ウエハ２６が凹所底面に貼り付く虞がある。そこで、凹所底面を図１Ｃに示すような波形面２９又は他の様々な凹凸面で形成すると、水晶ウエハ２６の取り出しがより簡単になるので好ましい。
【００３０】
水晶ウエハを浮かせるための液体として、本実施例で使用した水（純水）は表面張力が大きく、取扱いが簡単で安全なことから、最も好ましい。しかし、大きな表面張力、高い取扱い性及び安全性を有するものであれば、水以外の様々な液体を用いることができる。更に、排水の容易さから或る程度良好な乾燥性と、測定・検査中の液位の変化を少なくするために低蒸発性とを有することが、より好ましい。
【００３１】
図３は、本発明を適用した水晶板のカット面検査装置の構成を概略的に示しており、図１と同様の構成を有する水晶板保持装置と、Ｘ線源３０及びＸ線検出器３１を有するＸ線光学系と、水晶板搬送装置（図示せず）とを備える。Ｘ線源３０は、ウエハ支持台２０の凹所２１内の水２５に浮かせた水晶ウエハ２６の表面に、Ｘ線３２を所定の角度で照射するように配置される。Ｘ線検出器３１は、水晶ウエハ２６内部の結晶格子面で回折されたＸ線３３を検出するように配置される。前記水晶板搬送装置は、例えば図２に関連して上述した搬送アーム２７を用いることができる。
【００３２】
先ず、図２に関連して上述したように、水晶ウエハ２６をウエハ支持台２０の凹所２１内に配置し、水２５を注入してその水面に水晶ウエハ２６を浮かせる。次に、Ｘ線源３０からＸ線３２を水晶ウエハ２６の表面に照射すると、Ｘ線は水晶ウエハ内部の結晶格子面で回折される。回折Ｘ線３３は、水晶ウエハ２６のカット面が結晶格子面に対して所定の傾斜角度を有する場合には、Ｘ線検出器３１により検出され、カット面の傾斜角度のずれの有無が検出される。
【００３３】
水晶ウエハ２６のカット面の傾斜角度が所定値からずれている場合、Ｘ線検出器３１は回折Ｘ線３３を検出できない。そこで、Ｘ線検出器３１を傾動させてその設置角度を補正し、回折Ｘ線３２を検出できるようにする。そして、そのＸ線強度が最大となるＸ線検出器３１の補正角度から、カット面の傾斜角度のずれ量を求めることができる。
【００３４】
このように本発明による水晶板保持装置とＸ線光学系とを組み合せて構成することにより、本発明の水晶板のカット面検査装置は、測定対象の水晶板を常に変形させることなく水平に保持した状態で検査できるので、カット面の傾斜角度を高精度に検査することができる。
【００３５】
図４は、本発明を適用した薄板状被測定物の平坦度測定装置の構成を概略的に示しており、図１と同様の構成を有する薄板状被測定物の保持装置と、レーザ光源３４、ハーフミラー３５、フィゾーフラット３６、及びＴＶカメラからなる従来の観察光学系３７を有するフィゾー式レーザ干渉計と、被測定物搬送装置（図示せず）とを有する。本実施例では、薄板状被測定物として水晶ウエハの平坦度を測定する場合について説明する。
【００３６】
先ず、水晶ウエハ２６をウエハ支持台２０の凹所２１内に配置し、水２５を注入してその水面に水晶ウエハ２６を浮かせる。次に、レーザ光源３４から平行ビームとしてレーザ光３８を水晶ウエハ表面に向けて垂直に照射する。ハーフミラー３５を通過したレーザ光３８は、その一部がフィゾーフラット３６で反射されて参照光となり、ハーフミラー３５で反射されて観察光学系３７に入射する。フィゾーフラット３６を通過した残りのレーザ光３９は、水晶ウエハ２６の表面で反射され、フィゾーフラット３６を抜けてハーフミラー３５で反射され、観察光学系に入射する。この反射光と参照光とが観察光学系において干渉を起こし、前記ＴＶカメラの撮像面に干渉縞が形成される。この干渉縞をコンピュータを用いて公知の解析法により解析すると、水晶ウエハ２６の表面高さ分布が得られ、その平坦度を測定できる。
【００３７】
このように本発明による薄板状被測定物の保持装置とレーザ干渉計とを組み合せて構成することにより、本発明の平坦度測定装置は、薄板状被測定物を常に変形させることなく水平に保持した状態に維持できるので、高精度な測定が可能である。
【００３８】
以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、本発明はその技術的範囲内において上記実施例に様々な変形・変更を加えて実施することができる。本実施例では、図示するように長方形の水晶ウエハを使用したが、本発明は様々な外形の薄板状被測定物についても、同様に適用することができる。また、別の実施例では、先にウエハ支持台の凹所２１内に水２５を注入し、その後から水晶ウエハ２６を搬送して水面に浮かせることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の薄板状被測定物の保持装置及び保持方法は、上述したように構成することにより、被測定物を液体の表面張力により比較的容易に液面に浮かせることができ、その下面全体が均等な力で支持されることから、反り等の変形を生じることなく本来の形状を維持したまま保持されるので、様々な非接触式の測定や検査を適正にかつ高精度に行うことができる。
【００４０】
従って、本発明の水晶板のカット面検査装置及び検査方法によれば、従来のカット面検査装置及び検査方法の構成を利用して、水晶板を常に変形させることなく水平に保持した状態で、カット面の傾斜角度を高精度に検査することができる。また、本発明の平坦度測定装置及び測定方法によれば、レーザ干渉計を用いた従来の平坦度測定装置及び測定方法の構成を利用して、薄板状被測定物を常に変形させることなく水平に保持した状態で、その平坦度を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ図は本発明による水晶ウエハ保持装置を示す平面図、Ｂ図はそのＢ−Ｂ線における断面図、Ｃ図はウエハ支持具の底面を示す部分拡大断面図である。
【図２】図１の水晶ウエハ保持装置を用いて水晶ウエハを保持する過程を順に示す図である。
【図３】図１の保持装置を用いた水晶板のカット面検査装置の構成を示す概略斜視図である。
【図４】図１の保持装置を用いた平坦度測定装置の構成を示す概略斜視図である。
【図５】Ａ図は従来のカット面検査装置の構成を概略的に示す斜視図、Ｂ図は試料台に保持される水晶ウエハの側面図である。
【図６】水晶ウエハを保持するための従来の別の構成を示す図である。
【図７】Ａ図は従来の更に別のウエハ支持台を示す平面図、Ｂ図はその側面図、Ｃ図はＡ図のウエハ支持台にコンベックス形状の水晶チップを載せた側面図である。
【符号の説明】
１  水晶ウエハ
２  突起
３  試料台
４  空気孔
５  Ｘ線源
６  中央溝
７  Ｘ線検出器
８  吸着パッド
９  ウエハ固定部
１０  水平ワイヤ
１１  ウエハ
１１´  反り
１２  水晶チップ
１３  中心線
１４  水平線
２０  ウエハ支持台
２１  凹所
２２  給排水口
２３  ポンプ
２４  給水タンク
２５  水
２６  水晶ウエハ
２７  搬送アーム
２８  盛り上がり部
２９  波形面
３０  Ｘ線源
３１  Ｘ線検出器
３２、３３  Ｘ線
３４  レーザ光源
３５  ハーフミラー
３６  フィゾーフラット
３７  観察光学系
３８、３９  レーザ光
【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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