CN106716058A - 形状测定装置以及形状测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的形状测定装置以及形状测定方法分别测定第一距离测定部及第二距离测定部在相向方向上的第一位移及第二位移，基于所述第一距离测定部及第二距离测定部分别测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用所述测定出的第一位移及第二位移修正过的被测定物沿所述相向方向的厚度来作为被测定物的形状，其中，所述第一距离测定部及第二距离测定部隔着测定对象的所述被测定物互相相向地被配置，分别测定至所述被测定物为止的距离。

Description

形状测定装置以及形状测定方法
技术领域
本发明涉及一种适当地非接触测定被测定物的形状，例如半导体晶片等板状体的形状的形状测定装置以及形状测定方法。
背景技术
近年来，集成电路的元件集成化不断发展。将该集成电路制造于半导体晶片上的工艺条件即工艺规则(process rule)，通常根据栅极布线的线宽或间隔的最小加工尺寸而被规定。若规定该工艺规则的最小加工尺寸为一半，在理论上则能将4倍的晶体管及布线配置在相同面积上，因此，相同的晶体管数只占1/4的面积。其结果，可由1个半导体晶片制造的裸片(die)不仅变成4倍，而且，通常成品率也得到改善，因此，可制造更多的裸片。为了制造高密度的集成电路，以2013年的最前端技术，该最小加工尺寸已达到22nm。此种次微米级(1μm以下)的工艺规则中，要求半导体晶片具有高平坦度，无法忽略半导体晶片的表面形状(表面的高度变化)。因此，期望以高精度，例如以次纳米级(1nm以下)测定半导体晶片的表面形状的形状测定装置。
在此，如半导体晶片那样的薄板状体的被测定物有时例如因稍微的风压或其它装置的振动等而振动。在该被测定物产生的振动对于所述高精度的形状测定而言，有时成为难以忽略的振幅。因此，在所述高精度的形状测定中，需要对被测定物采取振动对策。采取该振动对策的形状测定装置例如公开于专利文献1及专利文献2。
该专利文献1所公开的形状测定装置是为了扫描被测定物的表背各面而非接触测定该被测定物的厚度分布而被使用的形状测定装置，其具备：使从规定的光源射出的基干光分支成两股的第一光分支单元；将通过所述第一光分支单元分支的各分支光朝所述被测定物的表背各面的表背相对的各测定部位的方向引导的导光单元；使分别被引导至所述被测定物的表背的所述测定部位的方向的所述基干光的各分支光进一步分支成两股的第二光分支单元；对所述被测定物的表背的通过所述第二光分支单元分支的分支光的一方或双方实施频率调制而分别生成频率不同的2个测定光的光调制单元；分别在所述被测定物的表背，使其中一方的所述测定光照射到所述测定部位，使在该测定部位反射的其中一方所述测定光即物体光和另一所述测定光即参照光干涉的2个外差干涉仪；分别在所述被测定物的表背，使2个所述测定光分别分支成两股被输入所述外差干涉仪的主光和除此之外的副光的第三光分支单元；分别在所述被测定物的表背，使通过所述第三光分支单元分支的2个所述副光干涉的副光干涉单元；分别在所述被测定物的表背，一体保持包含所述第二光分支单元、所述光调制单元、所述外差干涉仪、所述第三光分支单元及所述副光干涉单元的测定光学系统的测定光学系统保持单元；接受通过2个所述外差干涉仪获得的各干涉光而输出其强度信号的测定用光强度检测单元；分别在所述被测定物的表背，接受通过所述副光干涉单元获得的干涉光而输出其强度信号的参照用光强度检测单元；以及根据由所述被测定物的表背的所述测定用光强度检测单元的输出信号及所述参照用光强度检测单元的输出信号所成的2个差频信号(beat signal)的相位检波，来检测该2个差频信号的相位差的相位信息检测单元。根据所述专利文献1的记载，此种构成的专利文献1所公开的形状测定装置中，所述被测定物的厚度的测定值成为基于所述被测定物的振动的位移量的成分在所述被测定物的表背两侧被相抵的测定值。因此，该形状测定装置能够不受所述被测定物的振动的影响而测定所述被测定物的厚度。
所述专利文献2公开的测定装置是具有：搭载被测定物的搭载部；用于相对于所述被测定物移动而测定所述被测定物的形状的探头；基于对参照镜照射光而获得的反射光，测定所述探头的位置的干涉仪；以及使用移动所述探头而获得的关于所述被测定物的形状的测定值和基于来自针对所述被测定物及所述参照镜的传感器的信号而获得的所述被测定物与所述参照镜之间的相对位移量，计算所述被测定物的形状的计算部。在一方式中，所述传感器是检测所述被测定物与所述参照镜之间的相对位移量的位移传感器，所述计算部利用所述位移传感器检测出的所述相对位移量，修正所述测定值，计算出所述被测定物的形状。在另一方式中，所述传感器是检测所述被测定物与所述参照镜之间的相对加速度的加速度传感器，所述计算部通过对所述相对加速度进行二阶积分，计算出所述被测定物与所述参照镜之间的所述相对位移量，使用所述相对位移量来修正所述测定值，计算出所述被测定物的形状。根据所述专利文献2的记载，此种构成的测定装置即使在参照镜与被测定物之间产生相对位移的情况下，也能高精度地测定被测定物的形状。
在形状测定装置中，不仅被测定物振动，有时用于测定被测定物的形状的测定部(传感器部)本身也振动。例如，在所述专利文献1的情况下，有时2个外差干涉仪本身也振动。此外，例如在所述专利文献2的情况下，有时探头本身也振动。此种测定部本身的振动也使测定部与被测定物之间的距离变动，因此，在所述高精度的形状测定中，期望采取对测定部本身的振动对策。
所述专利文献1所公开的形状测定装置如上所述地将基于被测定物的振动的位移量的成分针对所述被测定物的表背两侧进行相抵，因此，能够应对所述被测定物本身的振动，但并不应对测定部本身的振动。此外，所述专利文献2所公开的测定装置如上所述地在参照镜与被测定物之间可应对相对位移，但并不应对测定部本身的振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2010-175499号
专利文献2：日本专利公开公报特开2013-160516号
发明内容
本发明是鉴于所述情况而作出的发明，其目的在于提供一种通过减少由测定部本身的振动带来的影响，能够更高精度地测定被测定物的形状的形状测定装置及形状测定方法。
本发明所涉及的形状测定装置及形状测定方法分别测定隔着测定对象的被测定物互相相向地被配置且分别测定至所述被测定物为止的距离的第一距离测定部及第二距离测定部在相向方向上的第一位移及第二位移，基于分别用所述第一距离测定部及第二距离测定部测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用所述测定出的第一位移及第二位移修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度来作为所述被测定物的形状。因此，此种形状测定装置及形状测定方法通过减少测定部本身的振动导致的影响，能够更高精度地测定被测定物的形状。
所述及其它本发明的目的、特征及优点通过以下详细记载及附图将更明确。
附图说明
图1是表示实施方式中的形状测定装置的结构的图。
图2是用于说明实施方式的形状测定装置中的形状(厚度)的运算方法的图。
图3是表示实施方式中的形状测定装置的动作的流程图。
图4是表示用于说明修正效果的一测定结果的图。
具体实施方式
下面，基于附图说明本发明的一实施方式。另外，在各图中标注相同符号的结构表示同一结构，适当省略其说明。在本说明书中，统称时以省略后缀的参照符号来表示，指个别的结构时，以附加后缀的参照符号来表示。
图1是表示实施方式中的形状测定装置的结构的图。图2是用于说明实施方式的形状测定装置中的形状(厚度)的运算方法的图。
本实施方式中的形状测定装置包括：隔着测定对象的被测定物互相相向地被配置，且分别测定至所述被测定物为止的距离的第一距离测定部及第二距离测定部；分别测定所述第一距离测定部及第二距离测定部各自在相向方向上的位移的第一位移测定部及第二位移测定部；以及基于分别用所述第一距离测定部及第二距离测定部测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用所述第一位移测定部及第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度，来作为所述被测定物的形状的形状运算部。在此种形状测定装置中，第一位移测定部测定第一距离测定部的位移，第二位移测定部测定第二距离测定部的位移。由此，在本实施方式的形状测定装置中，实际测量第一距离测定部及第二距离测定部各自的例如因振动等产生的位移。并且，在本实施方式的形状测定装置中，基于分别用第一距离测定部及第二距离测定部测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用第一位移测定部及第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的被测定物沿相向方向的厚度来作为所述被测定物的形状。由此，在本实施方式的形状测定装置中，当求出被测定物的形状时，考虑第一距离测定部及第二距离测定部各自的所述位移。因此，本实施方式中的形状测定装置能够减少第一距离测定部及第二距离测定部本身的振动带来的影响，能够更高精度地测定被测定物的形状。
更具体而言，此种本实施方式中的形状测定装置M例如图1所示地包括：第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2；第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2；第一模拟数字转换部(以下，略记为“第一AD转换部”)3；前处理部4；第二模拟数字转换部(以下，略记为“第二AD转换部”)5；采样时机生成部(以下，略记为“ST生成部”)6；控制运算部7；输入部8；输出部9；可动平台部10；以及支撑部11。
第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2是隔着测定对象的被测定物SP而互相相向地配置，分别测定至被测定物SP为止的距离的装置。第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2与第一AD转换部3相连接，第一距离传感器1-1将其输出输出至第一AD转换部3，第二距离传感器也将其输出输出至第一AD转换部3。例如，第一距离传感器1-1通过被支撑部11支撑，从而被配设在相对于载置被测定物SP的可动平台部10的载置台中的载置面位于上侧且从所述载置面隔开规定距离的位置(第一距离传感器配置位置)。第二距离传感器1-2通过被支撑部11支撑，从而被配设在相对于所述载置面位于下侧且从所述载置面隔开规定距离的位置(第二距离传感器配置位置)。
第一距离传感器1-1、第二距离传感器1-2及可动平台部10的各配设位置也可以被调整为使所述载置面位于接近第一距离传感器1-1侧或第二距离传感器1-2侧的位置，但在本实施方式中，第一距离传感器1-1、第二距离传感器1-2及可动平台部10的各配设位置被调整为使所述载置面位于第一距离传感器1-1与第二距离传感器1-2之间的中央位置。即，第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2分别被配设在相对于所述载置面对称的位置。由此，第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2分别被配设在离所述载置面等距离的位置，从而在第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2本身分别振动而位移时，相对于分别由第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2测定出的各测定值(各距离)的基于所述振动的各位移量的比例大致相等，基于所述振动的各位移大致同等地影响分别由第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2测定出的各测定值(各距离)。因此，形状测定装置M能够利用基于所述振动的各位移量，以大致相同的精度修正分别由第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2测定出的各测定值，能够更高精度地求出被测定物的形状。
第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2也可以实际测量至被测定物SP为止的距离，但从以纳米级测定距离的观点出发，在本实施方式中，例如，通过分别测定相对于预先设定的基准的被测定物SP的相对的距离变化(相对于所述基准的位移的位移量)，从而分别测定至被测定物SP为止的距离(相对于所述基准的相对距离)。在本实施方式中，如后所述，由于求出被测定物SP沿相向方向的长度，即厚度及该分布(厚度分布)，来作为被测定物SP的形状，因此，所述基准被设定为预先通过适当的其它测定装置测定出的被测定物SP的中心厚度。所述中心厚度是在被测定物SP的多个测定部位测定到的多个厚度的平均值或中央值。另外，相向方向是第一距离传感器1-1(第二距离传感器1-2)与第二距离传感器1-2(第一距离传感器1-1)相向的方向(面向的方向)，即、沿将第一距离传感器1-1的配设位置与第二距离传感器1-2的配设位置相连结的线段的方向。此种第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2为了分别测定所述位移的位移量(移动量)，具备例如光干涉方式、共焦方式、静电容量方式及激光三角测量方式等之中的任一位移传感器。
光干涉方式位移传感器包括光干涉仪，该光干涉仪将测定光分为信号光和参照光，对被测定物SP照射信号光，且使在被测定物SP反射的信号光与参照光干涉而生成干涉光，光干涉方式位移传感器通过测定在所述光干涉仪生成的所述干涉光，来测定位移量。即，如果被测定物SP从基准位移，信号光的光路长度由对应于所述基准的光路长度变化，因此，该干涉光会产生变化，根据该变化求出位移量。
共焦方式位移传感器将作为多色光的白色光经由多透镜而分光照射至被测定物SP，测定对焦的颜色，从而测定位移量。即，焦距根据波长而异，因此，如果被测定物SP从基准位移，则在被测定物SP合焦的颜色(波长)从对应于所述基准的颜色(波长)产生变化，因此，根据该颜色变化求出位移量。
静电容量方式位移传感器通过测定该位移传感器(探头)与被测定物SP之间的静电容量而测定位移量。即，如果被测定物SP从基准位移，则静电容量从对应于所述基准的基准静电容量产生变化，因此，根据该变化量求出位移量。
激光三角测量方式位移传感器以所谓的三角测量的原理测定位移量。该激光三角测量方式位移传感器对被测定物SP照射激光，且用区域传感器接受该反射光，根据该受光位置求出被测定物SP的位移。即，如果被测定物SP从基准位移，受光位置从对应于所述基准的受光基准位置移动，因此，利用三角测量的原理由该移动量求出位移量。
在此，从能够适当地以次纳米级测定被测定物SP的形状的观点出发，优选第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2分别具备光干涉方式位移传感器或静电容量方式位移传感器。在本实施方式中，第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2分别具备光外差方式的光干涉方式位移传感器(外差光干涉仪的位移传感器)。该光外差方式的光干涉方式位移传感器是将频率略微不同的信号光与参照光重叠而干涉，由基于该干涉光的差频信号求出相位差来测定位移量的装置，例如公开于所述专利文献1等。
第一AD转换部3是与ST生成部6及控制运算部7相连接，以从ST生成部6输入的采样时机，分别对第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2的各输出(在本实施方式中为各位移量)进行采样，并分别由模拟信号转换成数字信号，将这些经转换的数字信号的第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2的各输出(上述的所述各位移量)输出至控制运算部7的装置。
第一加速度传感器2-1是为了测定第一距离传感器1-1在相向方向上的位移，测定第一距离传感器1-1在相向方向上的加速度(第一加速度)的装置，第二加速度传感器2-2同样是为了测定第二距离传感器1-2在相向方向上的位移，测定第二距离传感器1-2在相向方向的加速度(第二加速度)的装置。第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2与前处理部4相连接，第一加速度传感器2-1向前处理部4输出其输出(第一加速度)，第二加速度传感器2-2向前处理部4输出其输出(第二加速度)。第一加速度传感器2-1被配设在能够测定第一距离传感器1-1在相向方向上的加速度的部位，第二加速度传感器2-2被配设在能够测定第二距离传感器1-2在相向方向上的加速度的部位。例如，第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2分别被配设在第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2中的框体的上面、下面、及侧面的任意其中之一。此外，例如，第一加速度传感器2-1也可以被配设在支撑第一距离传感器1-1且使用刚体而形成的支撑部件上，第二加速度传感器2-2也可以被配设在支撑第二距离传感器1-2且使用刚体而形成的支撑部件上。如果是刚体，则视为所述各支撑部件分别与第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2相同地位移。在本实施方式中，第一加速度传感器2-1被配设在第一距离传感器1-1的上面，第二加速度传感器2-2被配设在第二距离传感器1-2的下面。
前处理部4是与第二AD转换部5相连接，且对第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2的各输出，为了求出第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2的规定的各位移的各位移量而实施规定的前处理的装置，向第二AD转换部5输出经前处理的第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2的各输出。前处理部4在本实施方式中包括：例如为了将加速度转换成位移量，对第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2的各输出(各加速度)进行两次积分的积分部；以及对在所述积分部被积分的第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2的各输出(各位移量)，仅取出规定频带的数据(规定的频率成分)的带通滤波器部。
第二AD转换部5是与ST生成部6及控制运算部7相连接，以从ST生成部6输入的采样时机，分别对在前处理部4经前处理的第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2的各输出(在本实施方式中为由各加速度获得的各位移量)进行采样，并分别由模拟信号转换成数字信号，且将这些经转换的数字信号的第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2的各输出(上述的所述各位移量)输出至控制运算部7的装置。
ST生成部6是生成第一AD转换部3及第二AD转换部5的各采样时机(各AD转换时机)的装置，例如具备使用水晶振子的振荡电路。ST生成部6向第一AD转换部3及第二AD转换部5双方输出相同的采样时机。据此，第一AD转换部3及第二AD转换部5以相同的时机进行采样并由模拟信号转换为数字信号。因此，从第一AD转换部3输出的数字信号的第一距离传感器1-1的输出、从第一AD转换部3输出的数字信号的第二距离传感器1-2的输出、从第二AD转换部5输出的数字信号的第一加速度传感器2-1的输出、以及从第二AD转换部5输出的数字信号的第二加速度传感器2-2的输出成为互相同步的数据，即成为互相在同一时刻(时机)测定到的数据。
输入部8是与控制运算部7相连接，例如将指示被测定物SP的形状测定开始的指令等各种指令、以及例如被测定物SP的标识符的输入等进行形状测定所需的各种数据输入至形状测定装置M的设备，例如为被分配规定功能的多个输入开关、键盘及鼠标等。输出部9是与控制运算部7相连接，按照控制运算部7的控制，输出从输入部8输入的指令和数据、以及由形状测定装置M测定的被测定物SP的形状的设备，例如为CRT显示器、LCD及有机EL显示器等显示装置或印表机等印刷装置等。
另外，也可由输入部8及输出部9构成触控面板。在构成该触控面板的情况下，输入部8是检测例如电阻膜方式或静电容量方式等的操作位置并输入的位置输入装置，输出部9是显示装置。在该触控面板中，在显示装置的显示面上设有位置输入装置，显示可输入到显示装置的1个或多个输入内容的候补，如果使用者碰触显示了想要输入的输入内容的显示位置，则由位置输入装置检测该位置，被显示在所检测到的位置的显示内容作为使用者的操作输入内容而被输入至形状测定装置M。在此种触控面板中，使用者容易直观地理解输入操作，因此，提供对使用者而言为容易操作的形状测定装置M。
可动平台部10是按照控制运算部7的控制，使被测定物SP与第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2在垂直于所述相向方向的平面内相对地移动的装置，对应于移动机构部的一例。所述移动机构部可为使第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2相对于被测定物SP在所述平面内移动的装置，但在本实施方式中，使用让相对轻量的被测定物SP相对于第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2在所述平面内移动的可动平台部10。可动平台部10可为能够让被测定物SP向所谓的X轴方向及Y轴方向移动的XY平台，此外，可动平台部10也可为能够让被测定物SP旋转移动，并且也能让其向所述旋转中的径向移动的旋转平台。在本实施方式中，可动平台部10为旋转平台，旋转平台例如公开于所述专利文献1。更具体而言，可动平台部10包括：用于载置被测定物的载置部；将所述载置部旋转驱动的旋转部；以及将所述旋转部以直线状移动的直线移动部。所述载置部包括旋转轴和第一载置臂至第三载置臂。所述第一载置臂至第三载置臂分别包括：相对于所述旋转部的旋转，沿径向延伸的水平臂部；以及与所述水平臂部的其中一端相连接且沿所述相向方向(垂直方向、轴向)延伸的垂直臂部。因此，所述第一载置臂至第三载置臂是侧视时呈大致L字状的柱状部件。所述旋转轴是沿所述相向方向延伸的柱状部件，其另一端与所述旋转部卡合，通过所述旋转部而旋转。所述第一载置臂至第三载置臂以约120度的大致等间隔，在所述水平臂部的另一端与所述旋转轴的其中一端相连接。所述第一载置臂至第三载置臂中的所述各垂直臂部的各前端面分别为载置被测定物SP的载置面。因此，由所述第一载置臂至第三载置臂的所述各垂直臂部的各前端面(各载置面)从下方3点支撑被测定物SP。如果被测定物SP例如为圆板状的半导体晶片，则所述半导体晶片在其周缘部(边缘部)从下方受所述第一载置臂至第三载置臂的所述各垂直臂部的各前端面(各载置面)3点支撑。所述旋转部及直线移动部具备例如伺服马达等致动器以及减速齿轮等驱动机构。并且，在被测定物SP被载置在作为可动平台部10的一例的旋转平台时，以能够由第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2分别测定被测定物SP的上表面及下表面的方式，即、以使旋转平台不与第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2的各测定发生干涉的方式，旋转平台相对于第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2的配置位置而配设。在此种旋转平台中，通过所述旋转部来旋转驱动所述载置部，从而能够变更被测定物SP中的周向的测定部位，通过所述直线移动部来移动所述旋转部，从而能够变更被测定物SP中的径向的测定部位。因此，在此种旋转平台中，能够选择被测定物SP中的任意位置来作为测定部位。
此外，可动平台部10优选还包括：受悬架装置控制，且支撑所述载置部的空气悬架装置。空气悬架装置(air suspension)是使用空气弹簧的防振机构。
支撑体11是用于支撑需要维持第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2以及可动平台部10等在形状测定部M中的适当的配设位置的各部的部件。
控制运算部7将形状测定装置M的各部根据该各部的功能而分别控制，并求出被测定物的形状。控制运算部7采用微电脑而形成，该微电脑例如包括：CPU(CentralProcessing Unit)、预先存储由该CPU执行的各种程序以及该执行所需的数据等的ROM(Read Only Memory)或EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read OnlyMemory)等非挥发性存储元件、成为该CPU的所谓工作存储器的RAM(Random AccessMemory)等挥发性存储元件及其外围电路等。并且，通过执行程序，在控制运算部7功能性地构成控制部71及形状运算部72。
控制部71为了求出被测定物的形状，将形状测定装置M的各部根据该各部的功能而分别控制。
形状运算部72基于分别用第一距离测定部及第二距离测定部测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用分别由第一位移测定部及第二位移测定部测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的被测定物SP沿相向方向的厚度来作为被测定物SP的形状。在本实施方式中，第一距离传感器1-1对应于所述第一距离测定部的一例，第二距离传感器1-2对应于所述第二距离测定部的一例。并且，第一加速度传感器2-1及前处理部4对应于所述第一位移测定部的一例，第二加速度传感器2-2及前处理部4对应于所述第二位移测定部的一例。
在此，在一例中，考虑第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2的各位移的被测定物SP的厚度如下地被求出。在图2中，设被测定物SP的厚度(Thickness)为T、被测定物SP的位移(Displacement)为ΔW、沿相向方向的第一距离传感器1-1与第二距离传感器1-2之间的距离(Distance)为G、由第一距离传感器1-1测定的从第一距离传感器1-1至被测定物SP的上表面(Front Surface)的距离(Measurement of Distance)为f、从第一距离传感器1-1至被测定物SP的上表面的实际距离(Distance)为F、由第一加速度传感器2-1测定的第一距离传感器1-1的位移(Displacement)为ΔU、由第二距离传感器1-2测定的从第二距离传感器1-2至被测定物SP的下表面(Back Surface，与所述上表面相向的面)的距离(Measurement of Distance)为b、从第二距离传感器1-2至被测定物SP的下表面的实际距离(Distance)为B、由第二加速度传感器2-2测定的第二距离传感器1-2的位移(Displacement)为ΔL时，f、F、ΔW及ΔU之间成立下式(1)，b、B、ΔW及ΔL之间成立下式(2)。
f＝F+ΔW+ΔU (1)
b＝B-ΔW+ΔL (2)
并且，在T、G、F、B之间成立下式(3)，如果在此基础上考虑被测定物SP的位移，则成立下式(4)。
T＝G-(F+B) (3)
T＝G-(F+ΔW+B-ΔW) (4)
如果在所述式(4)中考虑所述式(1)及式(2)，则成立下式(5)。
T＝G-(f-ΔU+b-ΔL) (5)
在此，所述f对应于第一距离测定结果，所述ΔU对应于第一位移测定结果，所述b对应于第二距离测定结果，所述ΔL对应于第二位移测定结果，所述G对应于所述第一距离测定部(第一距离传感器1-1)及所述第二距离测定部(第二距离传感器1-2)间的沿所述相向方向的隔开距离。因此，更具体而言，形状运算部72通过用第一位移测定结果ΔU修正第一距离测定结果f，从而求出第一修正距离(f-ΔU)，用第二位移测定结果ΔL修正第二距离测定结果b，从而求出第二修正距离(b-ΔL)，从所述第一距离测定部和所述第二距离测定部间的沿所述相向方向的隔开距离G减去所述第一修正距离(f-ΔU)及所述第二修正距离(b-ΔL)，从而求出所述厚度T(＝G-(f-ΔU+b-ΔL))。
并且，在本实施方式中，为了求出被测定物SP的厚度分布，第一距离测定部及第二距离测定部(第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2)在可动平台部10使被测定物SP在垂直于所述相向方向的平面内，与该第一距离测定部及第二距离测定部相对地移动，从而在被测定物SP中的多个测定部位，分别测定至被测定物SP为止的距离，所述第一位移测定部及第二位移测定部(第一加速度传感器2-1及前处理部4和第二加速度传感器2-2及前处理部4)与所述第一距离测定部及第二距离测定部在所述多个测定部位分别测定至被测定物SP为止的距离的时机同步地分别测定所述相向方向上的位移，形状运算部72分别基于在所述多个测定部位由所述第一距离测定部及第二距离测定部分别测定的第一距离测定结果及第二距离测定结果，分别求出用所述第一位移测定部及第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的被测定物SP沿所述相向方向的厚度，求出被测定物SP的厚度分布来作为被测定物SP的形状。
另外，形状测定装置M也可以还具备与控制运算部7相连接，按照控制运算部7的控制，在与外部设备之间进行数据的输入输出的电路即接口(interface)部。该接口部例如为采用作为串行通信方式的RS-232C的接口电路、采用蓝牙(Bluetooth，注册商标)规格的接口电路、进行IrDA(Infrared Data Asscoiation)规格等红外线通信的接口电路以及采用USB(Universal Serial Bus)规格的接口电路等。
下面，说明本实施方式中的形状测定装置M的动作。图3是表示实施方式中的形状测定装置的动作的流程图。
首先，如果省略图示的电源开关被接通，则形状测定装置M被起动，由控制运算部7进行所需的各部的初始化，通过执行程序，在控制运算部7功能性地构成控制部71及形状运算部72。然后，当例如半导体晶片等被测定物SP被载置在可动平台部10，且由输入部8受理指示测定开始的指令时，控制运算部7是开始被测定物SP的形状的测定。
如果测定开始，第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2和第一加速度传感器2-1及第二加速度传感器2-2开始测定，并输出其测定结果(S1)。
更具体而言，第一加速度传感器2-1测定第一距离传感器1-1在相向方向上的第一加速度，且将该测定出的第一加速度输出至前处理部4(S11-1)。该第一加速度表示第一距离传感器1-1的振动。第一距离传感器1-1测定至被测定物SP的上表面为止的距离，且将该测定出的距离输出至第一AD转换部3(S11-2)。并且，第二加速度传感器2-2测定第二距离传感器1-2在相向方向上的第二加速度，且将该测定出的第二加速度输出至前处理部4(S11-3)。该第二加速度表示第二距离传感器1-2的振动。第二距离传感器1-2测定至被测定物SP的下表面为止的距离，且将该测定出的距离输出至第一AD转换部3(S11-4)。
接着，前处理部4对来自第一加速度传感器2-1的第一加速度进行前处理，并对来自第二加速度传感器2-2的第二加速度进行前处理(S2)。
更具体而言，前处理部4通过所述积分部对来自第一加速度传感器2-1的第一加速度进行两次积分而求出第一距离传感器1-1的位移量(第一位移量)(S21-1)，通过所述带通滤波器部对该求出的第一距离传感器1-1的第一位移量进行滤波而求出规定的频率成分的第一位移量，并将该求出的规定的频率成分的第一位移量输出至第二AD转换部5(S22-1)。前处理部4通过所述积分部对来自第二加速度传感器2-2的第二加速度进行两次积分而求出第二距离传感器1-2的位移量(第一位移量)(S21-2)，所述带通滤波器部对该求出的第二距离传感器1-2的第二位移量进行滤波而求出规定的频率成分的第二位移量，并将该求出的规定的频率成分的第二位移量输出至第二AD转换部5(S22-2)。
接着，第一AD转换部3及第二AD转换部5以来自ST生成部6的采样时机同步而动作。更具体而言，第一AD转换部3以所述采样时机对第一距离传感器1-1的输出进行采样并由模拟信号转换为数字信号，且将该转换的第一距离传感器1-1的输出作为第一距离测定结果f而输出至控制运算部7。同样，第一AD转换部3以所述采样时机对第二距离传感器1-2的输出进行采样并由模拟信号转换为数字信号，且将该转换的第二距离传感器1-2的输出作为第二距离测定结果b而输出至控制运算部7。并且，第二AD转换部5以所述采样时机对第一加速度传感器2-1的输出(在本实施方式中是通过前处理部4处理的规定的频率成分的第一位移量)进行采样并由模拟信号转换为数字信号，且将该转换的第一加速度传感器2-1的输出作为第一位移测定结果ΔU而输出至控制处理部7。第二AD转换部5以所述采样时机对第二加速度传感器2-2的输出(在本实施方式中是通过前处理部4处理的规定的频率成分的第二位移量)进行采样并由模拟信号转换为数字信号，且将该转换的第二加速度传感器2-2的输出作为第二位移测定结果ΔL而输出至控制运算部7。
接着，控制运算部7的形状运算部72基于第一距离测定结果f及第二距离测定结果b求出用第一位移测定结果ΔU及第二位移测定结果ΔL修正过的被测定物SP沿所述相向方向的厚度T来作为被测定物SP的形状，并输出至输出部9而结束处理(S3)。
更具体而言，形状运算部72从第一距离测定结果f减去第一位移测定结果ΔU，从而用第一位移测定结果ΔU修正第一距离测定结果f，求出第一修正距离(f-ΔU)(S31-1)。形状运算部72从第二距离测定结果b减去第二位移测定结果ΔL，从而用第二位移测定结果ΔL修正第二距离测定结果b，求出第二修正距离(b-ΔL)(S31-2)。接着，形状运算部72从第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2的沿所述相向方向的隔开距离G减去第一修正距离(f-ΔU)及第二修正距离(b-ΔL)，从而求出所述厚度T(＝G-(f-ΔU+b-ΔL))，并输出至输出部9而结束处理(S32)。
在此，在本实施方式中，由于第一距离传感器1-1是位移传感器，因此，第一距离传感器1-1测定被测定物SP的上表面的位移量，并将该测定出的位移量输出至第一AD转换部3，由于第二距离传感器1-2是位移传感器，因此，第二距离传感器1-2测定被测定物SP的下表面的位移量，并将该测定出的位移量输出至第一AD转换部3。形状运算部72通过从在第一AD转换部3被采样且在第一距离传感器1-1被测定出的被测定物SP的上表面的位移量(上表面位移量)Δf减去第一位移测定结果ΔU，从而用第一位移测定结果ΔU修正所述上表面位移量Δf，求出第一修正上表面位移量(Δf-ΔU)，通过从在第一AD转换部3被采样且在第二距离传感器1-2被测定出的被测定物SP的下表面的位移量(下表面位移量)Δb减去第二位移测定结果ΔL，从而用第二位移测定结果ΔL修正所述下表面位移量Δb，求出第二修正下表面位移量(Δb-ΔL)。并且，形状运算部72通过从所述基准(所述中心厚度)Tc减去第一修正上表面位移量(Δf-ΔU)及第二修正下表面位移量(Δb-ΔL)，从而求出所述厚度T(＝Tc-(Δf-ΔU+Δb-ΔL))。
接着，在求出厚度分布的情况下，按照控制运算部7的控制，可动平台部10依次使被测定物SP移动至预先设定的多个测定部位，在移动到各测定部位后将通知该移动结束的信号(移动结束通知信号、位置反馈信号)输出至控制运算部7。控制运算部7以该移动结束通知信号作为触发，在各测定部位执行所述的处理S1至处理S3的各处理，测定各测定部位的各厚度。如果测定到这些各测定部位的各厚度，可动平台部10就停止，测定结束。另外，在该测定结束时，可动平台部10也可被控制到初期位置。所述多个测定部位例如以将这些多个测定部位依次连结时成为螺旋状线段的方式被设定在被测定物SP上。据此，测定在各测定部位分配各厚度的被测定物SP的厚度分布。
如以上说明，在本实施方式中的形状测定装置M以及并安装在其中的形状测定方法中，由第一加速度传感器2-1及前处理部4(第一位移测定部的一例)测定第一距离传感器(第一距离测定部的一例)1-1的位移，由第二加速度传感器2-2及前处理部4(第二位移测定部的一例)测定第二距离传感器(第二距离测定部的一例)1-2的位移，并且，基于第一距离测定结果f及第二距离测定结果b，求出用第一位移测定结果ΔU及第二位移测定结果ΔL修正过的被测定物SP沿相向方向的厚度T来作为被测定物SP的形状。因此，本实施方式中的形状测定装置M以及被安装在其中的形状测定方法能够减少因第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2本身的振动导致的影响，能够更高精度地测定被测定物SP的形状。
作为一例，图4中示出了修正的效果。图4是表示用于说明修正效果的一测定结果的图。图4A表示修正后的数据，图4B表示修正前的数据。在该测定中，为了研究第二距离传感器1-2本身的位移的影响，将被测定物SP固定为不位移，且使用作为第二距离传感器1-2的光干涉式位移传感器。测定的结果，第二距离传感器1-2的下表面位移量Δb在修正前如图4B所示以较大的振幅变动，但是在修正后，第二修正下表面位移量(Δb-ΔL)的振幅如图4A所示变小，确认到了修正的效果。
本实施方式中的形状测定装置M以及被安装在其中的形状测定方法由于还包括使被测定物SP和第一距离传感器1-1及第二距离传感器1-2在垂直于相向方向的平面内相对移动的可动平台部(移动机构部的一例)10，在被测定物SP的多个测定部位测定其厚度，因此，能够测定被测定物SP的在所述平面内的厚度分布。
另外，在所述中，说明了将作为被测定物SP的一例的半导体晶片支撑为横置(水平方向)的装置的情况，但在将作为被测定物SP的一例的半导体晶片支撑为纵置(垂直方向)的装置的情况下，也能同样地适用本发明。
本说明书公开了如上所述的各种方式的技术，将其中主要技术概括如下。
一方式所涉及的形状测定装置包括：第一距离测定部及第二距离测定部，它们隔着作为测定对象的被测定物互相相向地被配置，分别测定至所述被测定物为止的距离；第一位移测定部及第二位移测定部，分别测定所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在相向方向上的位移；以及形状运算部，基于用所述第一距离测定部及所述第二距离测定部分别测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出利用所述第一位移测定部及所述第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果而修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度，来作为所述被测定物的形状。
在此种形状测定装置中，由第一位移测定部测定第一距离测定部的位移，由第二位移测定部测定第二距离测定部的位移，并且，基于分别用第一距离测定部及第二距离测定部测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用第一位移测定部及第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的被测定物沿相向方向的厚度来作为所述被测定物的形状。因此，此种形状测定装置能够减少因第一距离测定部及第二距离测定部本身的振动导致的影响，能够更高精度地测定被测定物的形状。
在其它一方式中，所述的形状测定装置中还包括：移动机构部，使所述被测定物和所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在垂直于所述相向方向的平面内相对地移动，所述第一距离测定部及所述第二距离测定部，通过用所述移动机构部使所述被测定物和该第一距离测定部及第二距离测定部在所述平面内相对地移动，从而在所述被测定物的多个测定部位分别测定至所述被测定物为止的距离，所述第一位移测定部及所述第二位移测定部，与所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在所述多个测定部位分别测定至所述被测定物为止的距离的时机同步，分别测定所述相向方向上的位移，所述形状运算部分别在所述多个测定部位，基于用所述第一距离测定部及第二距离测定部分别测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，分别求出利用所述第一位移测定部及所述第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度，求出所述被测定物的厚度分布来作为所述被测定物的形状。
此种形状测定装置还包括使被测定物和第一距离测定部及第二距离测定部在垂直于相向方向的平面内相对移动的移动机构部，在所述被测定物的多个部位测定其厚度，因此，能够测定被测定物的在所述平面内的厚度分布。
在其它一方式中，这些所述的形状测定装置中，优选所述第一距离测定部及所述第二距离测定部分别包括光干涉方式位移传感器或静电容量方式位移传感器，以所述被测定物相对于预先设定的基准的位移测定至所述被测定物为止的距离，并测定所述位移的位移量。并且，在所述形状测定装置中优选所述光干涉方式位移传感器包括光外差干涉仪。
在此种形状测定装置中，由于第一距离测定部及第二距离测定部具备光干涉方式位移传感器或静电容量方式位移传感器，因此，能够适当地以次纳米级测定被测定物的形状。
并且，另一方式所涉及的形状测定方法包括以下工序：距离测定工序，用隔着测定对象的被测定物互相相向地被配置的第一距离测定部及第二距离测定部分别测定至所述被测定物为止的距离；位移测定工序，用第一位移测定部及第二位移测定部分别测定所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在相向方向上的位移；以及形状运算工序，基于在所述距离测定工序分别测定出的所述第一距离测定部及所述第二距离测定部的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用在所述位移测定工序分别测定出的所述第一位移测定部的第一位移测定结果及所述第二位移测定部的第二位移测定结果修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度，来作为所述被测定物的形状。
在此种形状测定方法中，由第一位移测定部测定第一距离测定部的位移，由第二位移测定部测定第二距离测定部的位移，并且，基于分别用第一距离测定部及第二距离测定部测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用第一位移测定部及第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的被测定物沿相向方向的厚度来作为所述被测定物的形状。因此，此种形状测定方法能够减少因第一距离测定部及第二距离测定部本身的振动导致的影响，能够更高精度地测定被测定物的形状。
本申请以2014年9月26日提交的日本专利申请特愿2014-197019号为基础，其内容包含在本申请中。
为了表述本发明，在上述说明中参照附图并通过实施方式适当且充分说明了本发明，但应认为只要是本领域技术人员，就能容易地对所述的实施方式进行变更及/或改良。因此，本领域技术人员所实施的变更方式或改良方式只要不脱离权利要求书记载的权利范围，就应解释为该变更方式或该改良方式包含在该权利要求范围内。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供形状测定装置及形状测定方法。

Claims (4)

1.一种形状测定装置，其特征在于包括：
第一距离测定部及第二距离测定部，它们隔着作为测定对象的被测定物互相相向地被配置，分别测定至所述被测定物为止的距离；
第一位移测定部及第二位移测定部，分别测定所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在相向方向上的位移；以及
形状运算部，基于用所述第一距离测定部及所述第二距离测定部分别测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出利用所述第一位移测定部及所述第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果而修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度，来作为所述被测定物的形状。
2.根据权利要求1所述的形状测定装置，其特征在于还包括：
移动机构部，使所述被测定物和所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在垂直于所述相向方向的平面内相对地移动，
所述第一距离测定部及所述第二距离测定部，通过用所述移动机构部使所述被测定物和该第一距离测定部及第二距离测定部在所述平面内相对地移动，从而在所述被测定物的多个测定部位分别测定至所述被测定物为止的距离，
所述第一位移测定部及所述第二位移测定部，与所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在所述多个测定部位分别测定至所述被测定物为止的距离的时机同步，分别测定所述相向方向上的位移，
所述形状运算部分别在所述多个测定部位，基于用所述第一距离测定部及所述第二距离测定部分别测定出的第一距离测定结果及第二距离测定结果，分别求出利用所述第一位移测定部及所述第二位移测定部分别测定出的第一位移测定结果及第二位移测定结果修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度，求出所述被测定物的厚度分布来作为所述被测定物的形状。
3.根据权利要求1或2所述的形状测定装置，其特征在于，
所述第一距离测定部及所述第二距离测定部分别包括光干涉方式位移传感器或静电容量方式位移传感器，以所述被测定物相对于预先设定的基准的位移测定至所述被测定物为止的距离，并测定所述位移的位移量。
4.一种形状测定方法，其特征在于包括以下工序：
距离测定工序，用隔着测定对象的被测定物互相相向地被配置的第一距离测定部及第二距离测定部分别测定至所述被测定物为止的距离；
位移测定工序，用第一位移测定部及第二位移测定部分别测定所述第一距离测定部及所述第二距离测定部在相向方向上的位移；以及
形状运算工序，基于在所述距离测定工序分别测定出的所述第一距离测定部及所述第二距离测定部的第一距离测定结果及第二距离测定结果，求出用在所述位移测定工序分别测定出的所述第一位移测定部的第一位移测定结果及所述第二位移测定部的第二位移测定结果修正过的所述被测定物沿所述相向方向的厚度，来作为所述被测定物的形状。
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