JP2004214505A - 表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、被測定部材の表面のナノトポグラフィを精度良く測定することのできる表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体に関し、被測定部材の表面が平滑でない場合においても、精度良く表面形状の測定を行うことができ、かつ研磨工程後のナノトポグラフィの評価を行うことのできる、表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。
【解決手段】ワークの表面形状を測定して、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ表面形状データを取得後に、表面形状データに対して外挿データを結合させる外挿処理を行い、結合データを作成する。結合データに対して、ハイパスフィルタ処理とロウパスフィルタ処理とを行い、ナノトポグラフィに関する成分を出力する。
【選択図】 図５
【解決手段】ワークの表面形状を測定して、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ表面形状データを取得後に、表面形状データに対して外挿データを結合させる外挿処理を行い、結合データを作成する。結合データに対して、ハイパスフィルタ処理とロウパスフィルタ処理とを行い、ナノトポグラフィに関する成分を出力する。
【選択図】 図５
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体に係り、特に被測定部材の表面のナノトポグラフィを精度良く測定することのできる表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体シリコンウエハのようなワークの表面には、ワークを加工する際に生じた、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が存在する。ナノトポグラフィとは、半導体シリコンウエハのようなワークの表面にできた凹凸である。その空間波長はおおよそ０．２〜２０ｍｍであり、波頂と波底との高さの差は１〜数百ｎｍである。うねりとは、ナノトポグラフィよりも空間波長が長い成分であり、その空間波長は２ｍｍ以上である。粗さとは、ナノトポグラフィよりも空間波長が短い成分であり、その空間波長は１ｍｍ以下である。半導体シリコンウエハ上に配線及び層間絶縁膜から形成された多層配線構造を有する半導体デバイスにおいては、多層配線構造上の微細な凹凸を平坦化する技術としてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が用いられている。半導体シリコンウエハ表面にナノトポグラフィが存在するとＣＭＰ工程において、層間絶縁膜の膜厚むら等が発生し、半導体デバイスの歩留まりが悪化するため、近年ナノトポグラフィの問題が注目されている。
【０００３】
このナノトポグラフィの測定には、ワークの表面に入射光を照射して、表面から反射される反射光に基づいて、ワークの表面の測定を行う光学式表面形状測定装置が用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図１は、従来技術の光学式表面形状測定装置の測定部の構成を示した図である。なお、図中に示したａ，ｂは、反射光の進行方向を示している。同図に示すように、光学式表面形状測定装置の測定部は、大略するとステージ１１と、第１のレンズ１３と、ピンホール１４と、第２のレンズ１５と、ＣＣＤカメラ１６とから構成されており、被測定部材であるワーク１２は、ステージ１１上に真空チャックにより固定されている。
【０００５】
次に、従来技術である光学式表面形状測定装置を用いた際の表面形状の測定方法について説明する。ワーク１２の表面に入射光を照射すると、ワーク１２の表面の凹凸により反射光の反射角度は図中に示したａ，ｂのように変化して、反射光は第１のレンズ１３によりピンホール１４を通過するように絞られる。ピンホール１４を通過する光量は、ワーク１２の表面の凹凸の角度に比例して減少する。このピンホール１４を通過する光量をＣＣＤカメラ１６により測定し、光量の分布を求めることでワーク１２の表面のナノトポグラフィの測定を行っていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２５７９３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術である光学式表面形状測定装置は、反射光に基づいて表面形状の測定を行うため、ワーク１２の表面が平滑でない場合には、入射光がワーク１２の表面において散乱して、反射光が得られないためにナノトポグラフィの測定を行うことが容易ではないという問題があった。したがって、例えば、研削装置のうちの１つである両頭研削装置を用いて研削加工したワーク１２の研削加工面は、ナノトポグラフィ以外にうねりや粗さが存在しており平滑面でないために、ナノトポグラフィの測定を行うことが必ずしも容易ではなかった。一方、先の従来技術で述べたように、ナノトポグラフィは、半導体デバイス製造工程の１つであるＣＭＰ工程において問題となるため、研削加工によりワーク１２の表面に発生したナノトポグラフィがＣＭＰ工程後のワーク１２の表面形状にどのような影響を及ぼすかを把握し、ワーク１２を研削加工する際にナノトポグラフィが発生しないように対処することは重要である。
【０００８】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、被測定部材の表面が平滑でない場合においても、表面形状の測定を行うことができ、かつ研磨工程後の被測定部材のナノトポグラフィを予測することのできる、表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１記載の発明では、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得する工程と、前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得する工程とを備えたことを特徴とする表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１１】
上記発明によれば、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を測定して、表面形状データを取得することができる。また、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより、表面形状データをフィルタ処理することでナノトポグラフィに対応した成分を取り出して、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明では、前記被測定部材は、カップ型砥石の研削動作面が前記被測定部材の中心を通過する研削装置により研削加工されており、前記被測定部材の表面の中心を通る１軸方向に対しての表面形状の測定を行なって、前記表面形状データを取得することを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１３】
上記発明によれば、カップ型砥石の研削動作面が被測定部材の中心を通過して被測定部材の研削加工を行う研削装置を用いて被測定部材を研削加工することにより、被測定部材の半径方向に対する加工状態が被測定部材の全周において略等しくすることができる。したがって、被測定部材の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行うことで２つの半径方向に対しての表面形状データが取得され、この表面形状データから被測定部材の表面に存在するナノトポグラフィを把握することができる。さらに、被測定部材の表面全てを測定する場合と比較して測定時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、前記フィルタは、研磨工程において除去可能な前記粗さに対応した成分を、前記表面形状データから取り除くことを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１５】
上記発明によれば、フィルタを用いることで、研磨工程において除去可能な粗さに対応した成分が表面形状データから取り除かれるため、被測定部材を研磨加工することなく、研磨加工された被測定部材の表面のナノトポグラフィを評価することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、前記フィルタのカットオフ波長の長さに対応した外挿データを、前記表面形状データに結合させる外挿処理を行い、結合データを取得する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１７】
上記発明によれば、被測定部材の表面の測定端部からフィルタのカットオフ波長の長さに対応した外挿データを、表面形状データに結合させる外挿処理を行うことにより、被測定部材の表面の測定端部からフィルタのカットオフ波長の長さまでの領域のナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００１８】
請求項５記載の発明では、コンピュータに、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得するステップと、前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得するステップとを実行させるための表面形状の測定プログラムにより、解決できる。
【００１９】
上記発明によれば、表面形状の測定プログラムによりコンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００２０】
請求項６記載の発明では、コンピュータに、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得するステップと、前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得するステップとを実行させるための表面形状の測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体により、解決できる。
【００２１】
上記発明によれば、表面形状の測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に基づいて、コンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応した成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００２３】
本実施例では、両頭研削装置で研削加工した被測定部材であるワークのナノトポグラフィを測定する場合を例に挙げて説明する。そこで説明の便宜上、始めに両頭研削装置の構成についての説明をし、その後、本実施例に用いた表面形状測定装置の構成及び表面形状の測定方法についての説明を行うものとする。
【００２４】
図２を参照して、両頭研削装置の構成について説明する。図２は、両頭研削装置の概略図である。なお、図２中に示したワーク２９の左側と右側とに示した構成は同一構成であるので、同図中の左側の構成には符号ａを添記し、同図中の右側の構成には符号ｂを添記して、主に同図中の左側の構成についての説明を行い、符号ｂを添記した構成についての説明は省略する。
【００２５】
両頭研削装置は、大略すると研削主軸３７ａ，３７ｂ、研削主軸移動手段３５ａ，３５ｂと、サドル３６ａ，３６ｂと、架台３４とにより構成されている。研削主軸３７ａの一方の端部にはカップ型砥石３８ａが形成されており、他方の端部はサドル３６ａが形成されている。カップ型砥石３８ａのワーク２９と接触する部分には、研削動作面４１ａが形成されている。サドル３６ａは、移動可能な状態で架台３４に配設されている。
【００２６】
サドル３６ａの研削主軸３７ａが配設されている側と反対側には研削主軸移動手段３５ａが配設されている。研削主軸移動手段３５ａにより、カップ型砥石３８ａと研削主軸３７ａとサドル３６ａとは一体に架台３４上を同図中に示した矢印の方向へ移動する。なお、ワーク２９は、図示していないワーク保持器により回転可能な状態で保持されている。ワーク２９を研削加工する際には、ワーク２９と砥石３８ａ，３８ｂとは共に回転した状態にある。
【００２７】
次に、図３を参照して、研削加工する際のカップ型砥石とワークとの位置関係について説明する。図３は、研削加工時のカップ型砥石とワークの位置関係を示した図である。
【００２８】
図３に示すように、カップ型砥石３８ａにはワーク２９と接触して、ワーク２９の研削加工を行う研削動作面４１ａが形成されている。研削加工時において研削動作面４１ａが、常にワーク２９の中心Ｄを通過することによりワーク２９は研削加工されるため、研削加工されたワーク２９の半径方向に対する加工状態はワーク２９の全周において略等しくなる。この加工状態には、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が含まれており、ワーク２９の半径方向に対するナノトポグラフィはワーク２９の全周において略等しくなる。
【００２９】
次に、図４を参照して、本発明の実施例である表面形状測定装置の構成について説明する。本実施例では、上記した両頭研削装置で研削加工処理が行われた、半径方向に対するナノトポグラフィの発生が全周において略等しいワーク２９を測定対象としている。図４は、本発明の一実施例である表面形状測定装置の概略図である。
【００３０】
同図に示されるように、表面形状測定装置３０は大略すると、測定部３２と、コンピュータ３１とにより構成されている。
【００３１】
測定部３２は、ワーク２９の研削加工面を測定して、表面形状データを取得するためのものである。コンピュータ３１は、測定部３２により測定した表面形状データを記憶し、後述するフィルタ処理を行なって、表面形状データからナノトポグラフィの成分を取り出し、ナノトポグラフィの形状を出力表示するためのものである。
【００３２】
コンピュータ３１には、記録媒体読み取り部３３が設けられている。本発明を実施するための表面形状測定装置のナノトポグラフィの測定方法に関するプログラムは、記録媒体４０に格納されている。よって、この記録媒体４０を、記録媒体読み取り部３３に挿入してプログラムを読み取り実行することにより、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。なお、記録媒体４０には、ＣＤ−ＲＯＭ，フロッピー（登録商標）ディスク，光磁気ディスク（ＭＯ）等のデータを光学的、電気的或いは磁気的に記録する記録媒体を用いることができる。
【００３３】
測定部３２は、大略すると、架台２１と、ステージ２３と、Ｘ軸駆動装置２２と、Ｘ軸用スライダ２４と、Ｚ軸駆動装置２５と、支持フレーム２６と、測定部フレーム２７と、測定子２８とにより構成されている。
【００３４】
架台２１には、ワーク２９を固定させるためのステージ２３と、Ｘ軸駆動装置２２と、Ｘ軸用スライダ２４とが配設されている。Ｘ軸用スライダ２４には、移動可能な状態で支持フレーム２６が配設されている。Ｘ軸駆動装置２２は、Ｘ軸用スライダ２４を介して支持フレーム２６をＸ１，Ｘ２方向へ移動させるためのものである。
【００３５】
支持フレーム２６は、Ｘ１，Ｘ２方向に移動可能な状態でＸ軸用スライダ２４に配設されている。支持フレーム２６には、Ｚ１，Ｚ２方向に移動可能な状態で測定部フレーム２７が配設されている。測定部フレーム２７の一方の端部には、Ｚ軸駆動装置２５が配設されており、他方の端部には、測定子２８が配設されている。Ｚ軸駆動装置２５は、測定部フレーム２７をＺ１，Ｚ２方向に移動させるためのものである。測定子２８は、ワーク２９の表面形状の測定を行うためのものである。測定子の性能としては直線性０．１μｍ以下、分解能１０μｍ以下、スポット面積２ｍｍ以下の条件を全て満たしていれば良い。なお、本実施例では、測定子に接触式位置センサを適用した測定部３２を用いた。また、上記測定子の性能を満たし、かつワーク２９の一軸方向に対して測定可能であれば、どのような測定部３２を用いても良い。さらに、接触式位置センサの代わりにレーザ変位計、静電容量変位計、光ファイバー変位計等を適用した測定部３２を用いても良い。
【００３６】
このように、表面形状を測定する際に、接触式位置センサを用いることで、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が含まれたワーク２９の表面形状を測定することができる。また、研削動作面４１ａが、常にワーク２９の中心Ｄを通過する両頭研削装置を用いてワーク２９を研削加工した場合には、ワーク２９の研削加工表面の全ての領域に対して表面形状の測定を行う必要は無く、ワーク２９の中心を通る１軸方向に対して表面形状の測定及び表面形状データの取得を行えば良い。また、ワーク２９の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行うため、ワーク２９の表面の全ての領域を測定する場合と比較して測定時間を大きく短縮することができる。なお、ワーク２９の半径方向について表面形状の測定を行っても良い。
【００３７】
次に、図５を参照して、表面形状データの外挿処理及びフィルタ処理について説明する。図５は、本実施例のフローチャートを示した図である。なお、図５においては、図２及び図３において説明した両頭研削装置を用いて研削加工したワーク２９を用いて以下の説明を行う。
【００３８】
始めに、ＳＴＥＰ４５において、測定部３２を用いてワーク２９の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行い、コンピュータ３１に表面形状データが記憶される。
【００３９】
ここで、表面形状データについて説明する。図６は、表面形状データの一部分を示した図であり、図７は、図６に示した表面形状データに含まれる粗さに関する成分を示した図であり、図８は、図６に示した表面形状データに含まれるうねり成分とナノトポグラフィの成分とを示した図である。
【００４０】
図６に示した表面形状データである波形Ｊには、粗さ、うねり及びナノトポグラフィに関する成分が含まれている。図７に示した波形Ｋは、図６に示した表面形状データから粗さに対応する成分を取り出したものである。図８に示した波形Ｌは、図６に示した表面形状データからうねり及びナノトポグラフィに対応する成分を取り出したものである。図８に示した範囲Ｍ１，Ｍ２は、うねりとナノトポグラフィの両方の成分が存在している波形Ｌを示しており、範囲Ｍ１，Ｍ２以外の波形Ｌは、うねりに対応する成分を示している。図６に示した波形Ｊは、波形Ｋと波形Ｌとを合わせたものであり、波形Ｌからうねりの成分を除去することでナノトポグラフィに対応する成分を取り出すことができる。なお、図７及び図８は、うねり、粗さ及びナノトポグラフィについて説明するための図である。本実施例ではフィルタ処理により表面形状データからうねりに対応する成分を除去後、粗さに対応する成分を除去して、ナノトポグラフィに対応する成分を取り出す方法について以下に説明を行う。
【００４１】
次に、ＳＴＥＰ４６の処理により、コンピュータ３１により表面形状データの外挿処理を行う。
【００４２】
ここで、図９乃至図１１を参照して、外挿処理について説明を行う。図９は、ワークの直径方向の表面形状データの波形を示した図である。なお、図９中に示したＥはワークの直径、Ｈは表面形状測定装置を用いて測定した表面形状データの波形、Ｕは波形Ｈの基準面からの高さを示しており、高さＵは数μｍ〜数１０μｍである。
【００４３】
図１０は、図９に示した表面形状データをカットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理した際の波形を示した図である。なお、図１０中に示したＦは、ハイパスフィルタ処理によるエッジ効果が発生している範囲（測定端〜２０ｍｍの範囲）を示しており、Ｇは波形がエッジ効果により波形が下がっている部分を示している。同図中に示したＶはフィルタ処理後の波形の基準面からの高さを示しており、Ｗはフィルタ処理後の波形のＧの部分の高さを示している。また、高さＶは数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ、高さＷは数１００ｎｍ〜数μｍである。
【００４４】
図１１は、図９に示した表面形状データに対して外挿データを結合させた結合データの波形を示した図である。なお、図１１中に示したＩは結合データの波形を示しており、Ｆ１は外挿データが結合された範囲を示している。また、ＦとＦ１の範囲の大きさはＦ≦Ｆ１である。
【００４５】
図９に示すような表面形状データの波形Ｈに対して、カットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理を行った場合には、図１０に示すように、ワーク２９の測定端からフィルタのカットオフ波長２０ｍｍの範囲において、エッジ効果Ｇが発生する。このエッジ効果Ｇが存在したデータでは、ワーク２９の測定端〜２０ｍｍの範囲のナノトポグラフィを評価することができないため、図１１に示すように、あらかじめ表面形状データに外挿データ（範囲Ｆ１に示したデータ）を結合させて結合データを作成する。
【００４６】
なお、外挿データの形成方法は、例えば、表面形状データの基本空間波長をワーク２９の直径Ｅとするフーリエ級数から形成する方法を用いて良い。この場合の基本空間波長は、ワーク２９の直径Ｅの２倍の値が好ましい。外挿データの形成方法は、先の図９乃至図１１で説明したような外挿データが形成できれば良くこれに限定されるものではない。
【００４７】
このように、表面形状データと外挿データとを結合させた結合データを作成することにより、ワーク２９の外周近傍に近い範囲Ｆのナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００４８】
次に、ＳＴＥＰ４７の処理においては、コンピュータ３１は、結合データに対してカットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理を行い、第１のデータが取得される。
【００４９】
ここで、ハイパスフィルタ及びハイパスフィルタ処理について説明する。図１２は、第１のデータの波形を示した図である。ハイパスフィルタは、ダブルガウシャンフィルタと２次アナログフィルタベースのＩＩＲフィルタとにより設計されている。ハイパスフィルタには、カットオフ波長が２０〜５０ｍｍの範囲ものを目的に応じて用いることができる。
【００５０】
結合データをハイパスフィルタ処理することにより、結合データに含まれるうねりに関する成分が除去され、粗さの成分とナノトポグラフィの成分とを含んだ第１のデータが取得されて、図１２に示すような波形Ｎを得ることができる。波形Ｎの範囲Ｐ１，Ｐ２においては、粗さの成分とナノトポグラフィの成分とが含まれており、波形Ｎの範囲Ｐ１，Ｐ２以外の範囲には、粗さの成分が存在している。なお、ハイパスフィルタと同様な性能を有するカットオフ波長が２０〜５０ｍｍのバンドパスフィルタを用いても良い。
【００５１】
続いて、ＳＴＥＰ４８の処理においては、第１のデータに対してカットオフ波長が０．２ｍｍのロウパスフィルタ処理を行い、第２のデータが取得される。
【００５２】
ここで、ロウパスフィルタ及びロウパスフィルタ処理について説明する。図１３は、第１のデータをハイパスフィルタ処理した際の波形を示した図である。ロウパスフィルタは、ダブルガウシャンフィルタ、２次アナログフィルタベースのＩＩＲフィルタ及び周波数特定近似ＦＩＲフィルタにより設計されている。図１３は、第２のデータの波形を示した図である。ロウパスフィルタには、カットオフ波長が０．２〜２０ｍｍの範囲ものを目的に応じて用いることができる。粗さの成分とナノトポグラフィの成分とを含んだ第１のデータをロウパスフィルタ処理することにより、第１のデータに含まれる粗さの成分が除去されて、ナノトポグラフィの成分である第２のデータが取得され、図１３に示すような波形Ｑを得ることができる。波形Ｑの範囲Ｒ１，Ｒ２がナノトポグラフィを示している。
【００５３】
さらに、ロウパスフィルタに研磨工程において除去できる粗さの成分を設定することも可能である。次に、この場合のロウパスフィルタの設計方法について説明する。始めに、研磨加工前後のワーク２９の表面形状の測定を行い、２つの表面形状データを取得する。次に、２つの表面形状データをフーリエ変換して、それぞれの空間波長の増幅度成分を比較する。ここで、研磨加工後の表面形状データにおいて減衰している波長成分が、研磨工程で除去可能な粗さ成分である。
【００５４】
このようにして得られた空間周波数毎の伝達特性を近似する周波数特性近似フィルタを設計してロウパスフィルタに適用することで、研磨加工を行うこと無く、研磨加工後のワーク２９の表面に残るナノトポグラフィを評価することができる。また、研磨工程で問題となる種類のナノトポグラフィを、研削工程の段階で把握することができ、研削加工条件等を最適化してナノトポグラフィを改善することが可能である。なお、研磨工程における粗さ成分の除去性能は、研磨布の弾性係数、スラリー濃度、主軸回転数、加工圧力等の研磨加工パラメータに依存する。したがって、上記研磨加工パラメータについて十分な評価を行い、周波数特性近似フィルタを作成することで、より高精度なナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００５５】
ＳＴＥＰ４９では、先に説明した図１３に示すような、表面形状データからうねり及び粗さ成分が除去されたナノトポグラフィに対応した成分が出力される。
【００５６】
このように、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が含まれた表面形状データに対して、ハイパスフィルタとロウパスフィルタとを組み合わせたフィルタ処理を行うことにより、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００５７】
なお、本実施例では、ＳＴＥＰ４７ではハイパスフィルタによるハイパスフィルタ処理を行い、ＳＴＥＰ４８ではロウパスフィルタによるロウパスフィルタ処理を行なったが、バンドパスフィルタを用いてＳＴＥＰ４７とＳＴＥＰ４８のフィルタ処理を同時に行った場合においても本実施例と同様に、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。本実施例では、ナノトポグラフィの測定方法を、両頭研削装置により研削加工した被測定部材を用いて説明したが、本発明による表面形状の測定方法は、両頭研削装置以外の研削装置、研磨装置及び成膜等の半導体装置において加工された被測定物のナノトポグラフィの測定においても同様な効果を得ることができる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を測定して、表面形状データを取得することができる。また、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより、表面形状データをフィルタ処理することでナノトポグラフィに対応した成分を取り出して、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００６０】
請求項２記載の発明によれば、被測定部材の半径方向に対する加工状態が被測定部材の全周において略等しくすることができる。したがって、被測定部材の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行うことで２つの半径方向に対しての表面形状データが取得され、この表面形状データから被測定部材の表面に存在するナノトポグラフィを把握することができる。さらに、被測定部材の表面全てを測定する場合と比較して測定時間を短縮することができる。
【００６１】
請求項３記載の発明によれば、フィルタを用いることで、研磨工程において除去可能な粗さに対応した成分が表面形状データから取り除かれるため、被測定部材を研磨加工することなく、研磨加工された被測定部材の表面のナノトポグラフィを評価することができる。
【００６２】
請求項４記載の発明によれば、外挿データを、表面形状データに結合させる外挿処理を行うことにより、被測定部材の表面の測定端部からフィルタのカットオフ波長の長さまでの領域のナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００６３】
請求項５記載の発明によれば、表面形状の測定プログラムによりコンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００６４】
請求項６記載の発明によれば、表面形状の測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に基づいて、コンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応した成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の光学式表面形状測定装置の測定部の構成を示した図である。
【図２】両頭研削装置の概略図である。
【図３】研削加工時のカップ型砥石とワークの位置関係を示した図である。
【図４】本発明の実施例である表面形状測定装置の概略図である。
【図５】本実施例のフローチャートを示した図である。
【図６】表面形状データの一部分を示した図である。
【図７】図６に示した表面形状データに含まれる粗さに関する成分を示した図である。
【図８】図６に示した表面形状データに含まれるうねり成分とナノトポグラフィの成分とを示した図である。
【図９】ワークの直径方向の表面形状データの波形を示した図である。
【図１０】図９に示した表面形状データをカットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理した際の波形を示した図である。
【図１１】図９に示した表面形状データに対して外挿データを結合させた結合データの波形を示した図である。
【図１２】第１のデータの波形を示した図である。
【図１３】第２のデータの波形を示した図である。
【符号の説明】
１１、２３ ステージ
１２、２９ ワーク
１３ 第１のレンズ
１４ ピンホール
１５ 第２のレンズ
１６ ＣＣＤカメラ
２１、３４ 架台
２２ Ｘ軸駆動装置
２４ Ｘ軸用スライダ
２５ Ｚ軸駆動装置
２６ 支持フレーム
２７ 測定部フレーム
２８ 測定子
３０ 表面形状測定装置
３１ コンピュータ
３２ 測定部
３３ 記録媒体読み取り部
３５ａ、３５ｂ 研削主軸移動手段
３６ａ、３６ｂ サドル
３７ａ、３７ｂ 研削主軸
３８ａ、３８ｂ カップ型砥石
４０ 記録媒体
４１ａ、４１ｂ 研削動作面
【発明の属する技術分野】
本発明は表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体に係り、特に被測定部材の表面のナノトポグラフィを精度良く測定することのできる表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体シリコンウエハのようなワークの表面には、ワークを加工する際に生じた、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が存在する。ナノトポグラフィとは、半導体シリコンウエハのようなワークの表面にできた凹凸である。その空間波長はおおよそ０．２〜２０ｍｍであり、波頂と波底との高さの差は１〜数百ｎｍである。うねりとは、ナノトポグラフィよりも空間波長が長い成分であり、その空間波長は２ｍｍ以上である。粗さとは、ナノトポグラフィよりも空間波長が短い成分であり、その空間波長は１ｍｍ以下である。半導体シリコンウエハ上に配線及び層間絶縁膜から形成された多層配線構造を有する半導体デバイスにおいては、多層配線構造上の微細な凹凸を平坦化する技術としてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が用いられている。半導体シリコンウエハ表面にナノトポグラフィが存在するとＣＭＰ工程において、層間絶縁膜の膜厚むら等が発生し、半導体デバイスの歩留まりが悪化するため、近年ナノトポグラフィの問題が注目されている。
【０００３】
このナノトポグラフィの測定には、ワークの表面に入射光を照射して、表面から反射される反射光に基づいて、ワークの表面の測定を行う光学式表面形状測定装置が用いられていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図１は、従来技術の光学式表面形状測定装置の測定部の構成を示した図である。なお、図中に示したａ，ｂは、反射光の進行方向を示している。同図に示すように、光学式表面形状測定装置の測定部は、大略するとステージ１１と、第１のレンズ１３と、ピンホール１４と、第２のレンズ１５と、ＣＣＤカメラ１６とから構成されており、被測定部材であるワーク１２は、ステージ１１上に真空チャックにより固定されている。
【０００５】
次に、従来技術である光学式表面形状測定装置を用いた際の表面形状の測定方法について説明する。ワーク１２の表面に入射光を照射すると、ワーク１２の表面の凹凸により反射光の反射角度は図中に示したａ，ｂのように変化して、反射光は第１のレンズ１３によりピンホール１４を通過するように絞られる。ピンホール１４を通過する光量は、ワーク１２の表面の凹凸の角度に比例して減少する。このピンホール１４を通過する光量をＣＣＤカメラ１６により測定し、光量の分布を求めることでワーク１２の表面のナノトポグラフィの測定を行っていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２５７９３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術である光学式表面形状測定装置は、反射光に基づいて表面形状の測定を行うため、ワーク１２の表面が平滑でない場合には、入射光がワーク１２の表面において散乱して、反射光が得られないためにナノトポグラフィの測定を行うことが容易ではないという問題があった。したがって、例えば、研削装置のうちの１つである両頭研削装置を用いて研削加工したワーク１２の研削加工面は、ナノトポグラフィ以外にうねりや粗さが存在しており平滑面でないために、ナノトポグラフィの測定を行うことが必ずしも容易ではなかった。一方、先の従来技術で述べたように、ナノトポグラフィは、半導体デバイス製造工程の１つであるＣＭＰ工程において問題となるため、研削加工によりワーク１２の表面に発生したナノトポグラフィがＣＭＰ工程後のワーク１２の表面形状にどのような影響を及ぼすかを把握し、ワーク１２を研削加工する際にナノトポグラフィが発生しないように対処することは重要である。
【０００８】
そこで本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、被測定部材の表面が平滑でない場合においても、表面形状の測定を行うことができ、かつ研磨工程後の被測定部材のナノトポグラフィを予測することのできる、表面形状の測定方法、表面形状の測定プログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項１記載の発明では、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得する工程と、前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得する工程とを備えたことを特徴とする表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１１】
上記発明によれば、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を測定して、表面形状データを取得することができる。また、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより、表面形状データをフィルタ処理することでナノトポグラフィに対応した成分を取り出して、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００１２】
請求項２記載の発明では、前記被測定部材は、カップ型砥石の研削動作面が前記被測定部材の中心を通過する研削装置により研削加工されており、前記被測定部材の表面の中心を通る１軸方向に対しての表面形状の測定を行なって、前記表面形状データを取得することを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１３】
上記発明によれば、カップ型砥石の研削動作面が被測定部材の中心を通過して被測定部材の研削加工を行う研削装置を用いて被測定部材を研削加工することにより、被測定部材の半径方向に対する加工状態が被測定部材の全周において略等しくすることができる。したがって、被測定部材の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行うことで２つの半径方向に対しての表面形状データが取得され、この表面形状データから被測定部材の表面に存在するナノトポグラフィを把握することができる。さらに、被測定部材の表面全てを測定する場合と比較して測定時間を短縮することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、前記フィルタは、研磨工程において除去可能な前記粗さに対応した成分を、前記表面形状データから取り除くことを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１５】
上記発明によれば、フィルタを用いることで、研磨工程において除去可能な粗さに対応した成分が表面形状データから取り除かれるため、被測定部材を研磨加工することなく、研磨加工された被測定部材の表面のナノトポグラフィを評価することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、前記フィルタのカットオフ波長の長さに対応した外挿データを、前記表面形状データに結合させる外挿処理を行い、結合データを取得する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法により、解決できる。
【００１７】
上記発明によれば、被測定部材の表面の測定端部からフィルタのカットオフ波長の長さに対応した外挿データを、表面形状データに結合させる外挿処理を行うことにより、被測定部材の表面の測定端部からフィルタのカットオフ波長の長さまでの領域のナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００１８】
請求項５記載の発明では、コンピュータに、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得するステップと、前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得するステップとを実行させるための表面形状の測定プログラムにより、解決できる。
【００１９】
上記発明によれば、表面形状の測定プログラムによりコンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００２０】
請求項６記載の発明では、コンピュータに、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得するステップと、前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得するステップとを実行させるための表面形状の測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体により、解決できる。
【００２１】
上記発明によれば、表面形状の測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に基づいて、コンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応した成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００２３】
本実施例では、両頭研削装置で研削加工した被測定部材であるワークのナノトポグラフィを測定する場合を例に挙げて説明する。そこで説明の便宜上、始めに両頭研削装置の構成についての説明をし、その後、本実施例に用いた表面形状測定装置の構成及び表面形状の測定方法についての説明を行うものとする。
【００２４】
図２を参照して、両頭研削装置の構成について説明する。図２は、両頭研削装置の概略図である。なお、図２中に示したワーク２９の左側と右側とに示した構成は同一構成であるので、同図中の左側の構成には符号ａを添記し、同図中の右側の構成には符号ｂを添記して、主に同図中の左側の構成についての説明を行い、符号ｂを添記した構成についての説明は省略する。
【００２５】
両頭研削装置は、大略すると研削主軸３７ａ，３７ｂ、研削主軸移動手段３５ａ，３５ｂと、サドル３６ａ，３６ｂと、架台３４とにより構成されている。研削主軸３７ａの一方の端部にはカップ型砥石３８ａが形成されており、他方の端部はサドル３６ａが形成されている。カップ型砥石３８ａのワーク２９と接触する部分には、研削動作面４１ａが形成されている。サドル３６ａは、移動可能な状態で架台３４に配設されている。
【００２６】
サドル３６ａの研削主軸３７ａが配設されている側と反対側には研削主軸移動手段３５ａが配設されている。研削主軸移動手段３５ａにより、カップ型砥石３８ａと研削主軸３７ａとサドル３６ａとは一体に架台３４上を同図中に示した矢印の方向へ移動する。なお、ワーク２９は、図示していないワーク保持器により回転可能な状態で保持されている。ワーク２９を研削加工する際には、ワーク２９と砥石３８ａ，３８ｂとは共に回転した状態にある。
【００２７】
次に、図３を参照して、研削加工する際のカップ型砥石とワークとの位置関係について説明する。図３は、研削加工時のカップ型砥石とワークの位置関係を示した図である。
【００２８】
図３に示すように、カップ型砥石３８ａにはワーク２９と接触して、ワーク２９の研削加工を行う研削動作面４１ａが形成されている。研削加工時において研削動作面４１ａが、常にワーク２９の中心Ｄを通過することによりワーク２９は研削加工されるため、研削加工されたワーク２９の半径方向に対する加工状態はワーク２９の全周において略等しくなる。この加工状態には、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が含まれており、ワーク２９の半径方向に対するナノトポグラフィはワーク２９の全周において略等しくなる。
【００２９】
次に、図４を参照して、本発明の実施例である表面形状測定装置の構成について説明する。本実施例では、上記した両頭研削装置で研削加工処理が行われた、半径方向に対するナノトポグラフィの発生が全周において略等しいワーク２９を測定対象としている。図４は、本発明の一実施例である表面形状測定装置の概略図である。
【００３０】
同図に示されるように、表面形状測定装置３０は大略すると、測定部３２と、コンピュータ３１とにより構成されている。
【００３１】
測定部３２は、ワーク２９の研削加工面を測定して、表面形状データを取得するためのものである。コンピュータ３１は、測定部３２により測定した表面形状データを記憶し、後述するフィルタ処理を行なって、表面形状データからナノトポグラフィの成分を取り出し、ナノトポグラフィの形状を出力表示するためのものである。
【００３２】
コンピュータ３１には、記録媒体読み取り部３３が設けられている。本発明を実施するための表面形状測定装置のナノトポグラフィの測定方法に関するプログラムは、記録媒体４０に格納されている。よって、この記録媒体４０を、記録媒体読み取り部３３に挿入してプログラムを読み取り実行することにより、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。なお、記録媒体４０には、ＣＤ−ＲＯＭ，フロッピー（登録商標）ディスク，光磁気ディスク（ＭＯ）等のデータを光学的、電気的或いは磁気的に記録する記録媒体を用いることができる。
【００３３】
測定部３２は、大略すると、架台２１と、ステージ２３と、Ｘ軸駆動装置２２と、Ｘ軸用スライダ２４と、Ｚ軸駆動装置２５と、支持フレーム２６と、測定部フレーム２７と、測定子２８とにより構成されている。
【００３４】
架台２１には、ワーク２９を固定させるためのステージ２３と、Ｘ軸駆動装置２２と、Ｘ軸用スライダ２４とが配設されている。Ｘ軸用スライダ２４には、移動可能な状態で支持フレーム２６が配設されている。Ｘ軸駆動装置２２は、Ｘ軸用スライダ２４を介して支持フレーム２６をＸ１，Ｘ２方向へ移動させるためのものである。
【００３５】
支持フレーム２６は、Ｘ１，Ｘ２方向に移動可能な状態でＸ軸用スライダ２４に配設されている。支持フレーム２６には、Ｚ１，Ｚ２方向に移動可能な状態で測定部フレーム２７が配設されている。測定部フレーム２７の一方の端部には、Ｚ軸駆動装置２５が配設されており、他方の端部には、測定子２８が配設されている。Ｚ軸駆動装置２５は、測定部フレーム２７をＺ１，Ｚ２方向に移動させるためのものである。測定子２８は、ワーク２９の表面形状の測定を行うためのものである。測定子の性能としては直線性０．１μｍ以下、分解能１０μｍ以下、スポット面積２ｍｍ以下の条件を全て満たしていれば良い。なお、本実施例では、測定子に接触式位置センサを適用した測定部３２を用いた。また、上記測定子の性能を満たし、かつワーク２９の一軸方向に対して測定可能であれば、どのような測定部３２を用いても良い。さらに、接触式位置センサの代わりにレーザ変位計、静電容量変位計、光ファイバー変位計等を適用した測定部３２を用いても良い。
【００３６】
このように、表面形状を測定する際に、接触式位置センサを用いることで、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が含まれたワーク２９の表面形状を測定することができる。また、研削動作面４１ａが、常にワーク２９の中心Ｄを通過する両頭研削装置を用いてワーク２９を研削加工した場合には、ワーク２９の研削加工表面の全ての領域に対して表面形状の測定を行う必要は無く、ワーク２９の中心を通る１軸方向に対して表面形状の測定及び表面形状データの取得を行えば良い。また、ワーク２９の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行うため、ワーク２９の表面の全ての領域を測定する場合と比較して測定時間を大きく短縮することができる。なお、ワーク２９の半径方向について表面形状の測定を行っても良い。
【００３７】
次に、図５を参照して、表面形状データの外挿処理及びフィルタ処理について説明する。図５は、本実施例のフローチャートを示した図である。なお、図５においては、図２及び図３において説明した両頭研削装置を用いて研削加工したワーク２９を用いて以下の説明を行う。
【００３８】
始めに、ＳＴＥＰ４５において、測定部３２を用いてワーク２９の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行い、コンピュータ３１に表面形状データが記憶される。
【００３９】
ここで、表面形状データについて説明する。図６は、表面形状データの一部分を示した図であり、図７は、図６に示した表面形状データに含まれる粗さに関する成分を示した図であり、図８は、図６に示した表面形状データに含まれるうねり成分とナノトポグラフィの成分とを示した図である。
【００４０】
図６に示した表面形状データである波形Ｊには、粗さ、うねり及びナノトポグラフィに関する成分が含まれている。図７に示した波形Ｋは、図６に示した表面形状データから粗さに対応する成分を取り出したものである。図８に示した波形Ｌは、図６に示した表面形状データからうねり及びナノトポグラフィに対応する成分を取り出したものである。図８に示した範囲Ｍ１，Ｍ２は、うねりとナノトポグラフィの両方の成分が存在している波形Ｌを示しており、範囲Ｍ１，Ｍ２以外の波形Ｌは、うねりに対応する成分を示している。図６に示した波形Ｊは、波形Ｋと波形Ｌとを合わせたものであり、波形Ｌからうねりの成分を除去することでナノトポグラフィに対応する成分を取り出すことができる。なお、図７及び図８は、うねり、粗さ及びナノトポグラフィについて説明するための図である。本実施例ではフィルタ処理により表面形状データからうねりに対応する成分を除去後、粗さに対応する成分を除去して、ナノトポグラフィに対応する成分を取り出す方法について以下に説明を行う。
【００４１】
次に、ＳＴＥＰ４６の処理により、コンピュータ３１により表面形状データの外挿処理を行う。
【００４２】
ここで、図９乃至図１１を参照して、外挿処理について説明を行う。図９は、ワークの直径方向の表面形状データの波形を示した図である。なお、図９中に示したＥはワークの直径、Ｈは表面形状測定装置を用いて測定した表面形状データの波形、Ｕは波形Ｈの基準面からの高さを示しており、高さＵは数μｍ〜数１０μｍである。
【００４３】
図１０は、図９に示した表面形状データをカットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理した際の波形を示した図である。なお、図１０中に示したＦは、ハイパスフィルタ処理によるエッジ効果が発生している範囲（測定端〜２０ｍｍの範囲）を示しており、Ｇは波形がエッジ効果により波形が下がっている部分を示している。同図中に示したＶはフィルタ処理後の波形の基準面からの高さを示しており、Ｗはフィルタ処理後の波形のＧの部分の高さを示している。また、高さＶは数１０ｎｍ〜数１００ｎｍ、高さＷは数１００ｎｍ〜数μｍである。
【００４４】
図１１は、図９に示した表面形状データに対して外挿データを結合させた結合データの波形を示した図である。なお、図１１中に示したＩは結合データの波形を示しており、Ｆ１は外挿データが結合された範囲を示している。また、ＦとＦ１の範囲の大きさはＦ≦Ｆ１である。
【００４５】
図９に示すような表面形状データの波形Ｈに対して、カットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理を行った場合には、図１０に示すように、ワーク２９の測定端からフィルタのカットオフ波長２０ｍｍの範囲において、エッジ効果Ｇが発生する。このエッジ効果Ｇが存在したデータでは、ワーク２９の測定端〜２０ｍｍの範囲のナノトポグラフィを評価することができないため、図１１に示すように、あらかじめ表面形状データに外挿データ（範囲Ｆ１に示したデータ）を結合させて結合データを作成する。
【００４６】
なお、外挿データの形成方法は、例えば、表面形状データの基本空間波長をワーク２９の直径Ｅとするフーリエ級数から形成する方法を用いて良い。この場合の基本空間波長は、ワーク２９の直径Ｅの２倍の値が好ましい。外挿データの形成方法は、先の図９乃至図１１で説明したような外挿データが形成できれば良くこれに限定されるものではない。
【００４７】
このように、表面形状データと外挿データとを結合させた結合データを作成することにより、ワーク２９の外周近傍に近い範囲Ｆのナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００４８】
次に、ＳＴＥＰ４７の処理においては、コンピュータ３１は、結合データに対してカットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理を行い、第１のデータが取得される。
【００４９】
ここで、ハイパスフィルタ及びハイパスフィルタ処理について説明する。図１２は、第１のデータの波形を示した図である。ハイパスフィルタは、ダブルガウシャンフィルタと２次アナログフィルタベースのＩＩＲフィルタとにより設計されている。ハイパスフィルタには、カットオフ波長が２０〜５０ｍｍの範囲ものを目的に応じて用いることができる。
【００５０】
結合データをハイパスフィルタ処理することにより、結合データに含まれるうねりに関する成分が除去され、粗さの成分とナノトポグラフィの成分とを含んだ第１のデータが取得されて、図１２に示すような波形Ｎを得ることができる。波形Ｎの範囲Ｐ１，Ｐ２においては、粗さの成分とナノトポグラフィの成分とが含まれており、波形Ｎの範囲Ｐ１，Ｐ２以外の範囲には、粗さの成分が存在している。なお、ハイパスフィルタと同様な性能を有するカットオフ波長が２０〜５０ｍｍのバンドパスフィルタを用いても良い。
【００５１】
続いて、ＳＴＥＰ４８の処理においては、第１のデータに対してカットオフ波長が０．２ｍｍのロウパスフィルタ処理を行い、第２のデータが取得される。
【００５２】
ここで、ロウパスフィルタ及びロウパスフィルタ処理について説明する。図１３は、第１のデータをハイパスフィルタ処理した際の波形を示した図である。ロウパスフィルタは、ダブルガウシャンフィルタ、２次アナログフィルタベースのＩＩＲフィルタ及び周波数特定近似ＦＩＲフィルタにより設計されている。図１３は、第２のデータの波形を示した図である。ロウパスフィルタには、カットオフ波長が０．２〜２０ｍｍの範囲ものを目的に応じて用いることができる。粗さの成分とナノトポグラフィの成分とを含んだ第１のデータをロウパスフィルタ処理することにより、第１のデータに含まれる粗さの成分が除去されて、ナノトポグラフィの成分である第２のデータが取得され、図１３に示すような波形Ｑを得ることができる。波形Ｑの範囲Ｒ１，Ｒ２がナノトポグラフィを示している。
【００５３】
さらに、ロウパスフィルタに研磨工程において除去できる粗さの成分を設定することも可能である。次に、この場合のロウパスフィルタの設計方法について説明する。始めに、研磨加工前後のワーク２９の表面形状の測定を行い、２つの表面形状データを取得する。次に、２つの表面形状データをフーリエ変換して、それぞれの空間波長の増幅度成分を比較する。ここで、研磨加工後の表面形状データにおいて減衰している波長成分が、研磨工程で除去可能な粗さ成分である。
【００５４】
このようにして得られた空間周波数毎の伝達特性を近似する周波数特性近似フィルタを設計してロウパスフィルタに適用することで、研磨加工を行うこと無く、研磨加工後のワーク２９の表面に残るナノトポグラフィを評価することができる。また、研磨工程で問題となる種類のナノトポグラフィを、研削工程の段階で把握することができ、研削加工条件等を最適化してナノトポグラフィを改善することが可能である。なお、研磨工程における粗さ成分の除去性能は、研磨布の弾性係数、スラリー濃度、主軸回転数、加工圧力等の研磨加工パラメータに依存する。したがって、上記研磨加工パラメータについて十分な評価を行い、周波数特性近似フィルタを作成することで、より高精度なナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００５５】
ＳＴＥＰ４９では、先に説明した図１３に示すような、表面形状データからうねり及び粗さ成分が除去されたナノトポグラフィに対応した成分が出力される。
【００５６】
このように、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分が含まれた表面形状データに対して、ハイパスフィルタとロウパスフィルタとを組み合わせたフィルタ処理を行うことにより、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００５７】
なお、本実施例では、ＳＴＥＰ４７ではハイパスフィルタによるハイパスフィルタ処理を行い、ＳＴＥＰ４８ではロウパスフィルタによるロウパスフィルタ処理を行なったが、バンドパスフィルタを用いてＳＴＥＰ４７とＳＴＥＰ４８のフィルタ処理を同時に行った場合においても本実施例と同様に、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。本実施例では、ナノトポグラフィの測定方法を、両頭研削装置により研削加工した被測定部材を用いて説明したが、本発明による表面形状の測定方法は、両頭研削装置以外の研削装置、研磨装置及び成膜等の半導体装置において加工された被測定物のナノトポグラフィの測定においても同様な効果を得ることができる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００５９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を測定して、表面形状データを取得することができる。また、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより、表面形状データをフィルタ処理することでナノトポグラフィに対応した成分を取り出して、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００６０】
請求項２記載の発明によれば、被測定部材の半径方向に対する加工状態が被測定部材の全周において略等しくすることができる。したがって、被測定部材の表面の中心を通る１軸方向に対して測定を行うことで２つの半径方向に対しての表面形状データが取得され、この表面形状データから被測定部材の表面に存在するナノトポグラフィを把握することができる。さらに、被測定部材の表面全てを測定する場合と比較して測定時間を短縮することができる。
【００６１】
請求項３記載の発明によれば、フィルタを用いることで、研磨工程において除去可能な粗さに対応した成分が表面形状データから取り除かれるため、被測定部材を研磨加工することなく、研磨加工された被測定部材の表面のナノトポグラフィを評価することができる。
【００６２】
請求項４記載の発明によれば、外挿データを、表面形状データに結合させる外挿処理を行うことにより、被測定部材の表面の測定端部からフィルタのカットオフ波長の長さまでの領域のナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００６３】
請求項５記載の発明によれば、表面形状の測定プログラムによりコンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【００６４】
請求項６記載の発明によれば、表面形状の測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に基づいて、コンピュータは、うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応した成分を含んだ被測定部材の表面形状データを取得後に、ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタを用いて、表面形状データに対してフィルタ処理を行うため、表面形状データからナノトポグラフィに対応した成分を取り出すことができ、ナノトポグラフィの評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の光学式表面形状測定装置の測定部の構成を示した図である。
【図２】両頭研削装置の概略図である。
【図３】研削加工時のカップ型砥石とワークの位置関係を示した図である。
【図４】本発明の実施例である表面形状測定装置の概略図である。
【図５】本実施例のフローチャートを示した図である。
【図６】表面形状データの一部分を示した図である。
【図７】図６に示した表面形状データに含まれる粗さに関する成分を示した図である。
【図８】図６に示した表面形状データに含まれるうねり成分とナノトポグラフィの成分とを示した図である。
【図９】ワークの直径方向の表面形状データの波形を示した図である。
【図１０】図９に示した表面形状データをカットオフ波長が２０ｍｍのハイパスフィルタ処理した際の波形を示した図である。
【図１１】図９に示した表面形状データに対して外挿データを結合させた結合データの波形を示した図である。
【図１２】第１のデータの波形を示した図である。
【図１３】第２のデータの波形を示した図である。
【符号の説明】
１１、２３ ステージ
１２、２９ ワーク
１３ 第１のレンズ
１４ ピンホール
１５ 第２のレンズ
１６ ＣＣＤカメラ
２１、３４ 架台
２２ Ｘ軸駆動装置
２４ Ｘ軸用スライダ
２５ Ｚ軸駆動装置
２６ 支持フレーム
２７ 測定部フレーム
２８ 測定子
３０ 表面形状測定装置
３１ コンピュータ
３２ 測定部
３３ 記録媒体読み取り部
３５ａ、３５ｂ 研削主軸移動手段
３６ａ、３６ｂ サドル
３７ａ、３７ｂ 研削主軸
３８ａ、３８ｂ カップ型砥石
４０ 記録媒体
４１ａ、４１ｂ 研削動作面
Claims (6)
- うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得する工程と、
前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得する工程とを備えたことを特徴とする表面形状の測定方法。 - 前記被測定部材は、カップ型砥石の研削動作面が前記被測定部材の中心を通過する研削装置により研削加工されており、前記被測定部材の表面の中心を通る１軸方向に対しての表面形状の測定を行なって、前記表面形状データを取得することを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法。
- 前記フィルタは、研磨工程において除去可能な前記粗さに対応した成分を、前記表面形状データから取り除くことを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法。
- 前記フィルタのカットオフ波長の長さに対応した外挿データを、前記表面形状データに結合させる外挿処理を行い、結合データを取得する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の表面形状の測定方法。
- コンピュータに、
うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得するステップと、
前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得するステップとを実行させるための表面形状の測定プログラム。 - コンピュータに、
うねり、粗さ及びナノトポグラフィに対応する成分を含んだ被測定部材の表面形状を表面形状測定装置により測定して、表面形状データを取得するステップと、
前記ナノトポグラフィに対応する空間波長の帯域を通過させるフィルタにより前記表面形状データに対してフィルタ処理を行なって、前記ナノトポグラフィに対応した成分を取得するステップとを実行させるための表面形状の測定プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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