JP2008102014A - 表面形状測定装置及び表面形状測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の非接触三次元表面形状測定装置を提供すること。
【解決手段】本発明の第１の態様に係る表面形状測定装置１００は、第１の軸方向に移動可能な第１のステージ１０１と、第１のステージ１０１に装着され、第１の軸に直交する第２の軸方向に移動可能な第２のステージ１０２と、第２のステージ１０２に装着されたθ軸１０３と、θ軸１０３に装着され、θ軸１０３に沿って、第１の軸１０１及び第２の軸１０２により構成される平面内を回転移動可能な測定ヘッド１０５とを備え、測定ヘッド１０５は、光源と、当該光源から出射し、測定表面で反射した反射光を受光して測定ヘッド１０５から前記測定表面までの深さを検出する深さセンサーと、前記反射光を受光して前記測定表面に対する測定ヘッド１０５の角度を検出する角度センサーとを備えたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面形状測定装置及び表面形状測定方法に関し、特に、非接触三次元表面形状測定装置及び表面形状測定方法に関する。

液晶表示装置の製造工程におけるフォトリソグラフィプロセスに用いられるマスクの寸法は、液晶表示装置の大型化に伴い、大型化している。現在、一辺１５００ｍｍを越えるマスクも検討されている。マスクのエッジ部には、通常、割れ、欠け等を防止するため、全体に亘り、面取り加工やＲ加工が施されている。また、密着露光等のため、マスクのパターン面を下向きに保持する必要があり、マスクのパターン面のエッジ部に、マスクホルダーにより保持するためのテーパーが設けられている。今日、上記のような大型マスクにおけるエッジ部の三次元表面形状を非接触で測定する技術が望まれている。

従来の非接触三次元表面形状測定としては、ＣＣＤカメラを用いた画像処理による方法が主流であるが、カメラと測定対象物との位置関係などにより測定誤差が大きいという問題があった。これに対し、最近、レーザープローブをｚ軸方向においてオートフォーカスさせながら、ｘ軸方向に走査させることにより、非接触で三次元表面形状を測定する方法が開示されている（特許文献１）。
特開２００５−１３８１３３号公報

レーザービームにより表面形状を測定する場合、測定対象物の表面に対し、測定ヘッドをできる限り正対させることが好ましい。特許文献１に記載の方法では、測定対象物をｙ軸中心に回転させることにより、これを実現している。しかしながら、大型のマスクにおけるエッジ部を、当該マスクを回転させながら測定することは物理的に不可能である。このように従来の三次元表面形状測定方法では、大型のマスクにおけるエッジ部の三次元表面形状を、十分な測定精度で測定することができなかった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、高精度の非接触三次元表面形状測定装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る表面形状測定装置は、第１の軸方向に移動可能な第１のステージと、前記第１のステージに装着され、前記第１の軸に交差する第２の軸方向に移動可能な第２のステージと、前記第２のステージに装着されたθ軸と、前記θ軸に装着され、前記θ軸に沿って、前記第１の軸及び第２の軸により構成される平面内を回転移動可能な測定ヘッドとを備え、前記測定ヘッドは、光源と、当該光源から出射し、測定表面で反射した反射光を受光して当該測定ヘッドから前記測定表面までの深さを検出する深さセンサーと、前記反射光を受光して前記測定表面に対する当該測定ヘッドの角度を検出する角度センサーとを備えたものである。これにより、簡易な構成で、高精度な測定が可能となる。

本発明の第２の態様に係る表面形状測定装置は、上記発明の態様において、深さセンサーからの信号に基づいて、前記第１のステージ及び前記第２のステージの位置をフィードバック制御して、前記測定ヘッドから前記測定表面までの深さを制御することを特徴とするものである。

本発明の第３の態様に係る表面形状測定装置は、上記発明の態様において、前記測定ヘッドは前記光源からの光を測定表面に集光する対物レンズを備え、当該対物レンズの焦点を前記測定表面に合わせるように、前記測定ヘッドから前記測定表面までの深さを制御することを特徴とするものである。

本発明の第４の態様に係る表面形状測定装置は、上記発明の態様において、角度センサーからの信号に基づいて、前記θ軸における前記測定ヘッドの位置をフィードバック制御して、前記測定表面に対する前記測定ヘッドの角度を制御することを特徴とするものである。

本発明の第５の態様に係る表面形状測定装置は、上記発明の態様において、前記測定ヘッドは前記光源からの光を測定表面に集光する対物レンズを備え、当該対物レンズの光軸が前記測定表面に対し垂直になるように、前記測定表面に対する前記測定ヘッドの角度を制御することを特徴とするものである。

本発明の第６の態様に係る表面形状測定装置は、上記発明の態様において、前記第１のステージが前記第２の軸周りに回転可能であることを特徴とするものである。これにより、測定対象物を回転させることなく、異なる部位の断面形状を測定することができる。

本発明の第７の態様に係る表面形状測定装置は、上記発明の態様において、前記θ軸における前記測定ヘッドの位置を前記第２の軸を基準とした角度θで表現する場合、少なくとも−９０°≦θ≦９０°の範囲において、前記測定ヘッドが回転移動可能であることを特徴とするものである。これにより、基板の上面から下面に亘るエッジ部の断面形状を測定することができる。

本発明の第８の態様に係る表面形状測定装置は、上記発明の態様において、前記測定ヘッドは前記光源からの光を測定表面に集光する対物レンズを備え、当該対物レンズの焦点の位置が、前記θ軸の中心に一致することを特徴とするものである。これにより、第１のステージ及び第２のステージの位置をプロットするのみで、測定対象物の断面形状を描写することができる。

本発明の第９の態様に係る表面形状測定方法は、移動可能なステージと、前記ステージに装着されたθ軸と、前記θ軸に沿って回転移動可能な測定ヘッドとを用いた表面形状測定方法であって、前記測定ヘッドに設けられた光源から光を出射し、前記光源から出射された光のうち、測定表面で反射した反射光を前記測定ヘッドに設けられた深さセンサーと角度センサーとで検出し、前記深さセンサーからの信号に基づいて前記ステージを移動させて、前記測定ヘッドから前記測定表面までの深さを制御し、前記角度センサーからの信号に基づいて前記測定ヘッドを前記θ軸に沿って移動させて、前記光源の光軸の角度を制御し、前記測定ヘッドを移動している時の前記ステージの位置に応じて前記表面形状を決定するものである。これにより、これにより、簡易な構成で、高精度な測定が可能となる。

本発明によれば、高精度の非接触三次元表面形状測定装置を提供することができる。

以下に、本発明を適用可能な実施の形態について説明する。以下の説明は、本発明の実施形態を説明するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、当業者であれば、以下の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において容易に変更、追加、変換することが可能である。

本発明に係る表面形状測定装置について図１を用いて説明する。図１は、本発明に係る表面形状測定装置の構成を示す平面図である。図１（ａ）に示すように、表面形状測定装置１００は、ｙステージ１０１、ｘステージ１０２、θ軸１０３、θ軸スライド１０４、測定ヘッド１０５を備える。ここで、測定対象物を平板状のマスク１１０として説明する。なお、図１（ａ）は、マスク１１０のエッジ部の断面形状を測定する場合の構成を示す。一方、図１（ｂ）は、マスク１１０の隣接する２つの側面間の角周辺の表面形状を測定する場合の構成を示す。

ｙステージ１０１は、ｙ軸方向において自在に移動することができる。ｘステージ１０２は、ｙステージ１０１上に搭載され、ｙステージ１０１とともにｙ軸方向に移動することができる。さらに、ｘステージ１０２は、ｙ軸と直交するｘ軸方向において自在に移動することができる。θ軸１０３は、ｘステージ１０２上に搭載、固定され、ｙステージ１０１及びｘステージ１０２とともにｙ軸及びｘ軸方向に移動することができる。ここで、θ軸１０３を構成する円弧は、ｘｙ平面と平行である。θ軸スライド１０４は、θ軸１０３上に搭載され、この上を自在に移動することができる。例えば、θ軸スライド１０４としては、エアスライダーを用いることができる。そして、測定ヘッド１０５が、θ軸スライド１０４上に搭載されている。従って、ｙステージ１０１を駆動すると測定ヘッド１０５がｙ軸方向に移動し、ｘステージ１０２を駆動すると測定ヘッド１０５がｘ軸方向に移動し、θ軸スライド１０４を駆動すると測定ヘッド１０５がθ軸に沿って移動する。詳細については後述するが、測定ヘッド１０５は、マスク１１０の測定表面にオートフォーカスするための深さセンサーと、測定ヘッド１０５が測定表面に対し正対するための角度センサーとを一光源に備えるものである。

図１（ａ）に示すように、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置はｘ軸を基準とした角度θにより表現することができる。本実施の形態に係る測定ヘッド１０５のθ軸１０３における可動範囲は−９０°≦θ≦９０°である。これにより、マスク１１０の上面から下面に亘って、測定ヘッド１０５が測定表面に対し正対することが物理的に可能となる。すなわち、測定ヘッド１０５に搭載された対物レンズの光軸がマスク１１０の測定表面に対し垂直となる。そのため、エッジ部の断面形状を高精度で、具体的にはμｍ単位で測定することができる。ただし、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における可動範囲はこれに限定されるものではない。

また、θ軸１０３の中心Ｃ（すなわち、θ軸１０３を構成する円弧の中心）と測定ヘッド１０５における対物レンズの焦点Ｆとは一致している。図１（ａ）に記載したＣ＝Ｆとはこれを意味する。具体的には、測定ヘッド１０５がθ軸１０３上を移動しても、すなわち、上記角度θが変化しても、焦点Ｆは常にθ軸１０３の中心Ｃに一致している。一方、測定ヘッド１０５のオートフォーカス機能により、測定表面に焦点Ｆが合っているため、焦点Ｆの軌跡が、マスク１１０の形状となる。従って、マスク１１０の形状はｘ及びｙのみの関数として表現することができる。具体的には、ｙステージ１０１及びｘステージ１０２の位置をプロットするのみで、マスク１１０の断面形状を描写することができる。

上記測定結果から、マスク１１０のエッジ部における、面取り角度、面取り長さ、表面粗さ、基板の厚さ等のデータを取得することができる。なお、本発明に係る表面形状測定装置は、液晶表示装置の製造工程におけるフォトリソグラフィプロセスに用いられるマスクその他の基板のエッジ部の断面形状測定に好適であるが、測定対象物は特に限定されず、あらゆる物に適用可能である。

さらに、図１（ａ）に示すように、表面形状測定装置１００は、ｘステージ１０２及びθ軸１０３を搭載したｙステージ１０１を、ｘ軸周りに回転させるためのφ回転機構も備えている。これにより、θ軸１０３をｘ軸周りにφ回転させることができる。具体的には、例えば、マスク１１０の角部で、図１（ａ）に示すマスク１１０のエッジ部を測定している状態から９０°φ回転させることにより、図１（ｂ）に示すように、当該角部の形状を測定することもできる。

次に、図２を用いて測定ヘッド１０５を構成する光学系について説明する。図２（ａ）は側面から見た図であり、図１の横方向から光学系を見た図である。また、図２（ｂ）は前面から見た図であり、図１の前方から光学系を見た図である。測定ヘッド１０５は、コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１、対物レンズ２０２、ビームサンプラー２０３、角度センサー２０４、片ナイフエッジミラー２０５、深さセンサー２０６を備える。上述の通り、測定ヘッド１０５は、マスク１１０の測定表面にオートフォーカスするための深さセンサーと、測定ヘッド１０５が測定表面に対し正対するための角度センサーとを一光源に備えることを特徴とする。共通光源でオートフォーカスと角度制御とを行うため、精度良く形状を測定することができる。

まず、主に図２（ａ）を用いて、オートフォーカスの光学系について説明する。本実施の形態に係る測定ヘッド１０５は光てこ方式のオートフォーカス光学系を有する。オートフォーカス機能により対物レンズ２０２はマスク１１０の測定表面にレーザー光を集光している。オートフォーカス光学系は、主にコリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１、対物レンズ２０２、片ナイフエッジミラー２０５、深さセンサー２０６により構成される。詳細については後述するが、オートフォーカス機能により、ｙステージ１０１及びｘステージ１０２を駆動させ、測定対象物の表面に焦点を合わせている。

図２（ａ）に示すように、コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１において、レーザーダイオードから出射されたレーザー光は、コリメターレンズによりコリメートされ、所定のビーム径に調整される。コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１を出射したレーザー光は、対物レンズ２０２に入射する。対物レンズ２０２に入射したレーザー光は屈折され、測定対象物の表面に入射する。

ここで、レーザー光の光軸は対物レンズ２０２の中心からずれている。コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１から出射されたレーザー光は対物レンズ２０２の片側半分の領域を通過する。具体的には、図２（ａ）の対物レンズ２０２における左側半分の領域を通過する。このように、光てこ方式のオートフォーカス機能を実現するため、コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１は、レーザー光が対物レンズ２０２の瞳の片側半分の領域に入射するように配置されている。

この対物レンズ２０２の瞳の片側半分の領域に入射したレーザー光は測定対象物の表面で反射する。正反射したレーザー光は対物レンズ２０２の瞳の反対側の片側半分の領域に入射する。すなわち、コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１から対物レンズ２０２に入射したレーザー光と、測定対象物の表面で正反射して対物レンズ２０２に入射したレーザー光とは、対物レンズ１８の中心線を境界として反対側の領域を通過する。具体的には、図２（ａ）において、コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１から対物レンズ２０２に入射したレーザー光は対物レンズ２０２の左側半分の領域を、測定対象物の表面で正反射した反射光は対物レンズ２０２の右側半分の領域を通過する。ここで、測定対象物の表面と対物レンズ２０２との距離が変わると、測定対象物の表面においてレーザー光が反射する位置が変化する。よって、対物レンズ２０２において反射光が入射する位置が変化する。

対物レンズ２０２の右側半分の領域を通過した反射光は、ビームサンプラー２０３に入射する。ビームサンプラー２０３は、例えば、ハーフミラーであり、反射光を分岐する。すなわち、ビームサンプラー２０３はレーザー光の一部を透過する。片ナイフエッジミラー２０５に入射する。片ナイフエッジミラー２０５は光学系の片側半分（図２（ａ）における右側）に配置される。片ナイフエッジミラー２０５で反射した反射光は、最終的に深さセンサー２０６に入射する。測定対象物の表面と対物レンズ２０２との距離が変わると、深さセンサー２０６に入射する位置が変化する。具体的には、図２（ａ）において、反射位置が対物レンズ２０２の焦点より近い場合、深さセンサー２０６に入射する位置は上側にずれる。一方、反射位置が対物レンズ２０２の焦点より遠い場合、深さセンサー２０６に入射する位置は下側にずれる。深さセンサー２０６は、例えば、２分割フォトダイオードであり、２分割したダイオードが図面上縦方向に並ぶように配置されている。合焦の場合、２分割フォトダイオードの中心位置に入射する。この合焦の場合の深さセンサー２０６への入射位置を基準とし、その基準位置からのずれに基づいて、深さすなわち対物レンズ２０２の光軸における対物レンズ２０２とマスク１１０の距離を検出する。この検出結果に応じてフィードバック制御する。具体的には、図２（ｂ）に示す差分回路により、２分割フォトダイオードの２つの出力信号の差分である深さ偏差信号が生成される。この深さ偏差信号を用いて、ｙステージ１０１及びｘステージ１０２の駆動をフィードバック制御し、オートフォーカスする。

次に、主に図２（ｂ）を用いて、角度自動制御の光学系について説明する。角度自動制御の光学系は、主にコリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１、対物レンズ２０２、ビームサンプラー２０３、角度センサー２０４により構成される。詳細については後述するが、角度自動制御機能により、θ軸スライド１０４を駆動させ、測定ヘッド１０５の対物レンズ２０２を測定表面に対し常に正対させることができる。すなわち、測定表面に対し対物レンズ２０２の光軸を垂直に保持することができる。

図２（ｂ）に示すように、前面から見ると、コリメターレンズ付きレーザーダイオード２０１から出射されたレーザー光の光軸は、対物レンズ２０２の光軸に一致している。そのため、前面から見ると、光軸上のレーザー光は対物レンズ２０２で屈折されずに、測定対象物の表面に入射する。ただし、図２（ａ）に示すように、図２（ｂ）の紙面奥行き方向には屈折している。

測定対象物の表面に対し、対物レンズ２０２の光軸が垂直である場合には、図２（ｂ）に示す通り、前面から見ると、測定表面で反射したレーザー光は対物レンズ２０２の光軸に沿って、対物レンズに入射する。この反射光は、入射光と同じ方向に反射されてビームサンプラー２０３に入射する。その反射光の一部がビームサンプラー２０３で反射し、最終的に角度センサー２０４に入射する。一方、測定対象物の表面に対し、対物レンズ２０２の光軸が垂直でない場合には、傾斜角度に応じて入射方向と異なる方向に反射される。そのため、対物レンズ２０２において反射光が入射する位置が光軸からずれる。その結果、角度センサー２０４に入射する位置も、図面上、左右いずれかの横方向にずれる。角度センサー２０４は、例えば、２分割フォトダイオードであり、２分割したダイオードが図面上横方向に並ぶように配置されている。すなわち、角度センサー２０４と深さセンサー２０６とに用いられる２分割フォトダイオードは直交するように配置されている。測定表面と対物レンズ２０２が正対する場合、２分割フォトダイオードの中心位置に入射する。測定表面と対物レンズ２０２が正対する場合の深さセンサー２０６への入射位置を基準とし、その基準位置からのずれに基づいて、図２（ｂ）に示す差分回路により２分割フォトダイオードの２つの出力信号の差分である角度偏差信号が生成される。この角度偏差信号を用いて、θ軸スライド１０４の駆動をフィードバック制御する。

次に、図３を用いて、本発明に係る表面形状測定装置の動作について詳細に説明する。上述の通り、測定ヘッド１０５から深さ偏差信号及び角度偏差信号が出力される。深さ偏差信号は重み付け回路１及び重み付け回路２に入力される。角度偏差信号はアンプを介してドライバーに入力される。この信号がθ軸スライド駆動信号としてドライバーから出力され、θ軸スライド１０４を駆動する。これにより、測定ヘッド１０５を測定表面に対し常に正対させることができる。また、角度偏差信号は、アンプからｓｉｎθ及びｃｏｓθとして出力され、重み付け回路１及び重み付け回路２に入力される。一方、測定表面の入射位置をずらして測定を進行させるための駆動パルスも重み付け回路１及び重み付け回路２に入力される。

重み付け回路１及び重み付け回路２は、いずれも２つの乗算器及び１つの加算器を備えている。具体的には、重み付け回路１では、駆動パルスとｃｏｓθの積を一方の乗算器から出力し、深さ偏差信号とｓｉｎθの積を他方の乗算器から出力し、両者を加算する。この加算された信号をｙステージ駆動パルスとして出力し、ｙステージ１０１を駆動する。重み付け回路２では、駆動パルスとｓｉｎθの積を一方の乗算器から出力し、深さ偏差信号とｃｏｓθを他方の乗算器から出力し、両者を加算する。この加算された信号をｘステージ駆動パルスとして出力し、ｘステージ１０２を駆動する。これにより、測定表面に焦点を合わせつつ、測定を進行させることができる。

例えば、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置である角度θ＝９０°で、測定ヘッド１０５がマスク１１０の上面に正対している場合、ｃｏｓθ＝０、ｓｉｎθ＝１となる。この場合、重み付け回路１では、駆動パルスとｃｏｓθの積は０になり、深さ偏差信号とｓｉｎθの積は入力された深さ偏差信号と同じになる。従って、重み付け回路１に入力された深さ偏差信号がそのままｙステージ駆動パルスとして出力される。重み付け回路２では、駆動パルスとｓｉｎθの積は入力された駆動パルスと同じになり、深さ偏差信号とｃｏｓθの積は０になる。従って、重み付け回路２に入力された駆動パルスがそのままｘステージ駆動パルスとして出力される。すなわち、駆動パルスはｘステージ１０２のみを駆動させて測定が進行し、深さ偏差信号はｙステージ１０１のみを駆動させてオートフォーカスする。

一方、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置である角度θ＝０°で、測定ヘッド１０５がマスク１１０の側面に正対している場合、ｃｏｓθ＝１、ｓｉｎθ＝０となる。この場合、重み付け回路１では、駆動パルスとｃｏｓθの積が入力された駆動パルスと同じになり、深さ偏差信号とｓｉｎθの積が０になる。従って、重み付け回路１に入力された駆動パルスがそのままｙステージ駆動パルスとして出力される。重み付け回路２では、駆動パルスとｓｉｎθの積が０になり、深さ偏差信号とｃｏｓθの積が入力された深さ偏差信号と同じになる。従って、重み付け回路２に入力された深さ偏差信号がそのままｘステージ駆動パルスとして出力される。すなわち、駆動パルスはｙステージ１０１のみを駆動させて測定が進行し、深さ偏差信号はｘステージ１０２のみを駆動させてオートフォーカスする。

また、重み付け回路１から出力されたｙステージ駆動パルス及び重み付け回路２から出力されたｘステージ駆動パルスをコンピューターのモニターに出力すれば、マスク１１０の断面形状をプロットすることができる。このデータから、上記面取り角度、面取り長さ、表面粗さ、基板の厚さ等を測定することができる。

次に、図４を用いて、本発明に係る表面形状測定装置によるマスク１１０の断面形状の測定手順を具体的に説明する。まず、図４（ａ）に示すように、マスク１１０の上面の所定位置から測定を開始する。このとき、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置は角度θ_１＝９０°を保持するように自動制御される。マスク１１０の表面にオートフォーカスしながら、ｘステージのみがｘ軸のプラス方向に移動して測定を進行する。

次に、図４（ｂ）に示すように、マスク１１０の上側の面取り部の測定へ移行する。測定位置が上面から上側の面取り部へ切り替わる際、θ軸スライド駆動信号によりθ軸スライド１０４が移動する。すなわち、角度偏差信号に基づいて面取り部と正対する角度に移動する。具体的には、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置が角度θ_１＝９０°から図４（ｂ）における角度θ_２へ自動的に切り替わる。そして、上側の面取り部測定中、この角度を保持するように自動制御される。マスク１１０の表面にオートフォーカスしながら、ｘステージがｘ軸のプラス方向に、ｙステージがｙ軸のマイナス方向に移動して測定を進行する。

次に、図４（ｃ）に示すように、マスク１１０の側面の測定へ移行する。測定位置が上側の面取り部から側面へ切り替わる際、θ軸スライド駆動信号によりθ軸スライド１０４が移動する。すなわち、角度偏差信号に基づいて面取り部と正対する角度に移動する。具体的には、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置が図４（ｂ）における角度θ_２から角度θ_３＝０°へ自動的に切り替わる。そして、側面の形状測定中、この角度を保持するように自動制御される。マスク１１０の表面にオートフォーカスしながら、ｙステージのみがｙ軸のマイナス方向に移動して測定を進行する。

次に、図４（ｄ）に示すように、マスク１１０の下側の面取り部の測定へ移行する。測定位置が側面から下側の面取り部へ切り替わる際、θ軸スライド駆動信号によりθ軸スライド１０４が移動する。すなわち、角度偏差信号に基づいて面取り部と正対する角度に移動する。具体的には、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置が角度θ_３＝０°から図４（ｄ）における角度θ_４へ自動的に切り替わる。そして、下側の面取り部測定中、この角度を保持するように自動制御される。マスク１１０の表面にオートフォーカスしながら、ｘステージがｘ軸のマイナス方向に、ｙステージがｙ軸のマイナス方向に移動して測定を進行する。

最後に、図４（ｅ）に示すように、マスク１１０の下面の測定へ移行する。測定位置が下側の面取り部から下面へ切り替わる際、θ軸スライド駆動信号によりθ軸スライド１０４が移動する。すなわち、角度偏差信号に基づいて面取り部と正対する角度に移動する。具体的には、測定ヘッド１０５のθ軸１０３における位置が図４（ｄ）における角度θ_４から角度θ_５＝−９０°へ自動的に切り替わる。そして、下面測定中、この角度を保持するように自動制御される。マスク１１０の表面にオートフォーカスしながら、ｘステージがｘ軸のマイナス方向に移動して測定を進行し、所定の位置で測定を終了する。測定する断面の位置を図面奥行き方向にずらし、上記測定手順を繰り返すことにより三次元の表面形状を得ることができる。

図５に測定対象物であるマスク１１０の支持方法の一例を示す。マスク１１０を支持するマスクホルダー１１１は、図中の矢印方向に回転可能であり、マスクを回転させることにより測定位置を変えることができる。これにより、マスクホルダー１１１に支持された部分を除いたマスク１１０のエッジ形状及び４つの角部の形状を測定することができる。もちろん、支持方法を工夫することによりマスク１１０全体のエッジ形状及び４つの角部の形状を測定することができることは言うまでもない。

本発明の実施の形態に係る表面形状測定装置の構成を模式的に示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る測定ヘッドの構成を模式的に示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る表面形状測定装置の動作を模式的に示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る表面形状測定装置による測定手順を模式的に示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る測定対象物の支持方法の一例を模式的に示す斜視図である。

符号の説明

１００ 表面形状測定装置
１０１ ｙステージ
１０２ ｘステージ
１０３ θ軸
１０４ θ軸スライド
１０５ 測定ヘッド
１０６ レーザー光
１１０ マスク
２０１ コリメターレンズ付きレーザーダイオード
２０２ 対物レンズ
２０３ ビームサンプラー
２０４ 角度センサー
２０５ 片ナイフエッジミラー
２０６ 深さセンサー

Claims (9)

1. 第１の軸方向に移動可能な第１のステージと、
   前記第１のステージに装着され、前記第１の軸と交差する第２の軸方向に移動可能な第２のステージと、
   前記第２のステージに装着されたθ軸と、
   前記θ軸に装着され、前記θ軸に沿って、前記第１の軸及び第２の軸により構成される平面内を回転移動可能な測定ヘッドとを備え、
   前記測定ヘッドは、光源と、当該光源から出射し、測定表面で反射した反射光を受光して当該測定ヘッドから前記測定表面までの深さを検出する深さセンサーと、前記反射光を受光して前記測定表面に対する当該測定ヘッドの角度を検出する角度センサーとを備えた表面形状測定装置。
2. 前記深さセンサーからの信号に基づいて、前記第１のステージ及び前記第２のステージの位置をフィードバック制御して、前記測定ヘッドから前記測定表面までの深さを制御することを特徴とする請求項１に記載の表面形状測定装置。
3. 前記測定ヘッドは前記光源からの光を測定表面に集光する対物レンズを備え、当該対物レンズの焦点を前記測定表面に合わせるように、前記測定ヘッドから前記測定表面までの深さを制御することを特徴とする請求項２に記載の表面形状測定装置。
4. 前記角度センサーからの信号に基づいて、前記θ軸における前記測定ヘッドの位置をフィードバック制御して、前記測定表面に対する前記測定ヘッドの角度を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
5. 前記測定ヘッドは前記光源からの光を測定表面に集光する対物レンズを備え、当該対物レンズの光軸が前記測定表面に対し垂直になるように、前記測定表面に対する前記測定ヘッドの角度を制御することを特徴とする請求項４に記載の表面形状測定装置。
6. 前記第１のステージが前記第２の軸周りに回転可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
7. 前記θ軸における前記測定ヘッドの位置を前記第２の軸を基準とした角度θで表現する場合、少なくとも−９０°≦θ≦９０°の範囲において、前記測定ヘッドが回転移動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
8. 前記測定ヘッドは前記光源からの光を測定表面に集光する対物レンズを備え、当該対物レンズの焦点の位置が、前記θ軸の中心に一致することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の表面形状測定装置。
9. 移動可能なステージと、前記ステージに装着されたθ軸と、前記θ軸に沿って回転移動可能な測定ヘッドとを用いた表面形状測定方法であって、
   前記測定ヘッドに設けられた光源から光を出射し、
   前記光源から出射された光のうち、測定表面で反射した反射光を前記測定ヘッドに設けられた深さセンサーと角度センサーとで検出し、
   前記深さセンサーからの信号に基づいて前記ステージを移動させて、前記測定ヘッドから前記測定表面までの深さを制御し、
   前記角度センサーからの信号に基づいて前記測定ヘッドを前記θ軸に沿って移動させて、前記光源の光軸の角度を制御し、
   前記測定ヘッドを移動している時の前記ステージの位置に応じて前記表面形状を決定する表面形状測定方法。

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